模型预测控制.pptx
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- 模型 预测 控制
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1、控制理论与控制工程专题工业自动化工具的发展(仪表)年代工业发展状况仪表技术1950化工、钢铁、纺织、造纸等,规模较小;电子管时代气动仪表,标准信号:20100kPa采用真空电子管;自动平衡型记录仪1960半导体技术;石油化工;计算机;大型电站;过程工业大型化电动仪表,标准信号:010mA仪表控制室;模拟流程图;DDC1970集成电路技术;微处理器;能源危机;工业现代化;微机广泛应用电动仪表,标准信号:420mACAD;自动机械工具;机器人;DCS;PLC1980办公自动化;数字化技术;通讯、网络技术;重视环境数字化仪表;智能化仪表;先进控制软件1990后智能控制;工业控制高要求现场总线;分析仪
2、器的在线应用;优化控制状态空间分析法 最优控制理论 系统辨识与参数估计自适应控制 非线性控制 多变量控制 70年代开始关注工业过程复杂性控制问题串级控制、前馈控制等在过程控制中得到应用现代控制理论仍很少在过程控制领域应用 80年代 Richalet和Cutler两人几乎同时报道研究成果 MPHC(模型预测启发式控制)DMC(动态矩阵控制)模型预测控制正式问世Cutler 壳牌石油公司 多变量模型预测控制软件Richalet 专利转让 Setpoint公司 多变量控制器Unit1为传统结构Unit2为MPC结构+_受控过程预测模型反馈校正在线优化+_+r(k)y(k)u(k)d(k)y(k|k)
3、ym(k+j|k)u(k-j),y(k-j)|j1 u(k+j-1)|j=1,M y(k+j)|j=1,P 2 yu143未来未来过去过去k 时刻时刻 1控制策略控制策略 2控制策略控制策略 3对应于控制对应于控制 策略策略的输出的输出 4对应于控制策略对应于控制策略的输出的输出P=Mkk+mk-j过去过去当前当前未来未来控制时域控制时域M M预测时域预测时域P Pk+py(k-j)u(k-j)y1(k+j|k)y2(k+j|k)u1(k+j|k)u2(k+j|k)mjjniijkubikyaky11)()()()()()()()1(kkykukkCxCxB BAxAxx xBAzICzuzy
4、zG1)()()(IzAAzzIAzI)()(322123211)(AzAzIzAzI111)(jjjjjjzhBzACzGBCAhjj1Markov矩阵 ym(k+j|k)ym(k+j|k)f u(k-i),y(k-i)i 1,2,3,jJ u(k+j|k)Ju(k+1|k)u(k+m|k)m M)每到一个新的采样时刻,都要通过实际测到的输出信息对基于模型的预测输出进行修正,然后再进行新的优化。不断根据系统的实际输出对预测输出值作出修正使滚动优化不但基于模型,而且利用了反馈信息,构成闭环优化。y(k+j|k)=ym(k+j|k)+e(k+j|k)e(k+j|k)=y(k|k)-ym(k|k)
5、yukk+141231k时刻的时刻的预测预测输出输出ym(k)2k时刻时刻实际输出实际输出y(k+1)3预测预测误差误差e(k+1)4k时刻校正后的时刻校正后的预测预测输出输出ym(k+1)t/T)1()1()1()1()1()1(kykykekekykymmkk-jk+Py(k-j)u(k-j)y(k+j|k)u(k+j)ym (k+j|k-1)y(k)ym(k)e(k)()()()1()1()1()1(kykykekekekykymmMAC模型算法控制原理框图模型算法控制原理框图参考轨迹 优化计算受控对象内部模型预测输出Z-1y(k)输入e(k)u(k)MAC离散脉冲响应模型gi:脉冲响应
6、系数g1,g2,,gi0)1()(iiikugkykikiiku0)(离散脉冲响应模型1()(1)Niiy kg u ki0iigiNgiN离散脉冲响应模型无需知道系统的阶次等结构信息无需知道系统的阶次等结构信息模型长度模型长度 N 可以调整可以调整不适合非自衡对象不适合非自衡对象模型参数冗余模型参数冗余Niiikugky)1()(离散脉冲响应模型112121211111()()()(1)(2)()()()()()()()()()()()NiiNNNNiiiy kg u kikg u kg u kg u kNkg zu kg zu kgzu kkzg zu kkzg zu kk 预测模型1)(
7、)()()()()()(111kkuzgzkkuzGky)1()()()1()1()()1(11kkuzgkkuzGkym输出预测2i)2()1()()2()2()()2(11kkuzgkkuzGkym)()1()()()()()(11ikikuzgikikuzGikym输出预测预测时域 P=1控制时域 M=1)()()()()()()(111kkuzgzkkuzGky)1()()()1()1()()1(11kkuzgkkuzGkymy(k+1)y(k)P)1()1()1(kykykem)()()(kykykemvh)()()()()()1()1(1kykyhkuzgkhekykymm反馈校正
8、)()1()1(kyykwsp10ysp:y(k):一步输出预测y(k+1)设定值ysp参考轨迹w(k)当前时刻最优控制u(k)vqr)()1()1(22krukwkyqJ1010rqJ u(k)0uJ)()1()()()1()(1)(111khekwzGkhekwgqrzgkuc1(1)()()()y kg zu khe k标准的内模控制结构标准的内模控制结构!yspy(k)u(k)e(k)w(k)+(k)+ym(k)参考轨迹Gc(z-1)g(z-1)z-1g(z-1)z-1h)()()1(1kuzgzkyd)()()()()1(11kuzgdkuzgzdkydm)()()()()1()1(
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