基于协方差指标预测的MPC实时性能监控

为利用过程数据实时监控模型预测控制(Model predictive control, MPC)的性能, 提出一种基于协方差预测残差的性能监控方法.首先在分析模型预测控制器优 化函数和控制结构的基础上, 构造包含预测误差、控制量和过程输出的监控变量集, 然后利用滑动时间窗口建立基于协方差的实时性能评价 指标.针对协方差指标缺少控制限的问题, 建立实时协方差指标的时间序列模型, 根据协方差指标的预测残差检测模型预测控制性能下降.进 一步利用基于数据集相似度的性能诊断方法确定性能恶化源.最后通过Wood-Berry二元精馏塔上的仿真研究验证了所提方法的有效性.     

基于强化学习的大时延过程控制策略研究

具有长时延的过程控制被公认为是较难的系统过程控制.模型预测控制(MPC)是一种适用于大时延过程的新的过程控制方法.相比于PID等传统的控制方法,MPC基于模型对未来状态的预测进行决策,能够兼顾及时反馈与长期规划.但MPC对于过程的预测步数依然是有限的.强化学习作为机器学习的重要部分,原则上能够预测策略在无限长时间内的收...     

风轮机桨距角的数据驱动预测控制

数据驱动预测控制方法是数据驱动和预测控制相结合而产生的一种新型控制策略.传统的模型预测控制(MPC)方法使用的预测模型一般都是近似线性系统预测模型.在具有强非线性的工业过程中,数据驱动预测控制方法对系统模型要求更低,控制效果更好.针对额定风速以上风轮机桨距角的控制问题,利用输入输出数据在线设计控制器,将数据驱动预测控制方法较好的应用于风力发电系统中,实现额定风速以上系统的恒功率控制.仿真结果表明该方法能够成功控制风轮机桨距角,达到系统恒功率输出的控制目标,同时保持转速在额定值附近.     

分散式MPC经济性能评估

近年来,学术界对集中式模型预测控制 (Model predictive control, MPC) 性能评估进行了广泛的研究. 对于大规模化工过程, 工业现场通常采用分散式MPC的控制结构. 由于各子系统间存在复杂的耦合关系, 针对集中式MPC 的性能评估方法不能客观反映分散式MPC的性能. 本文基于线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)的方法对分散式MPC进行经济性能评估. 首先提出了一种迭代方法求解分散式线性二次型调节器(Linear quadratic regulator, LQR)问题, 该方法显著降低了已有求解方法的保守性. 再利用LQR基准建立了一组随机优化命题对MPC进行经济性 能评估, 评估方法对集中式MPC与分散式MPC均适用, 评估结果可以指导MPC参数调整, 也可以为集中式与分散式MPC结构选择提供重要参考. 通过对重油分馏塔控制问题的仿真验证了本文方法的有效性与应用价值.     

永磁同步电机控制策略比较研究

针对永磁同步电机,研究了矢量控制(Vector Control,VC)、反推控制(Back Stepping Control,BSC)、直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)以及模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)四种控制策略.VC算法简单,但是其整定参数多,不利于工程实现,为了克服VC的缺点,本文基于Lyapunov稳定性理论设计了BSC;DTC结构简单,但是转矩、磁链脉动比较大,本文基于最优原理设计了MPC,与DTC相比,MPC算法简单、具有更好的动态响应特性.永磁同步电机系统四种控制策略的仿真研究表明:BSC具有较好的控制效果,而且能克服VC的缺陷;与DTC相比,MPC具有转矩和磁链脉动小、系统响应快的优点.     

电流型变流器的改进模型预测控制

传统的模型预测控制(MPC)采用脉冲响应的非参数模型作为系统的预测控制模型,计算量大,很难直接应用于实时控制系统.本文提出将传统的MPC进行改进,应用到电流型变流器(CSC)功率因数校正系统中.改进的MPC根据CSC控制量与被控制量的传递函数得出CSC的一阶差分方程作为预测控制模型,同时保留传统MPC反馈校正、动态优化等优点.将此改进的MPC与传统的PID控制进行对比研究,结果表明:改进的MPC用于电流型变流器,比传统的PID控制具有更好的鲁棒性和更快速的动态响应特性.     

基于模型预测控制的直升机轨迹跟踪控制

针对直升机在实际任务中对轨迹精确控制的实际需求,提出基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的直升机轨迹跟踪算法.轨迹控制的整体方案采用分层的架构:底层对直升机的速度以及姿态进行调节,顶层通过实施MPC算法对底层的姿态和速度指令进行调度,以期实现直升机轨迹的精确控制.通过分段MPC方法,有效降低了优化问题求解的复杂度.针对响应动态的不确定性,采用基于min-max原则的MPC参数整定法,保证了算法的鲁棒性.仿真案例对方法的有效性进行了验证,结果表明提出的方法控制精度高,计算代价合理,具有工程推广应用的前景.     

一种间歇测量下产品质量轨迹跟踪控制方法

在间歇过程中,传统工艺缺少产品质量的在线传感器,因此很难直接跟踪产品质量轨迹。基于过程变量与产品质量之间的偏最小二乘(PLS)模型,提出一种间歇测量下产品质量轨迹跟踪控制方法。在批内设定时间窗口,首先利用缺失数据算法估计未知的过程变量,再根据过程变量预测产品质量,并采用迭代学习控制和模型预测控制(MPC)相结合的方法设计控制器,达到跟踪当前批次产品质量设定点的目的。该方法采用移动窗口实现MPC的滚动优化,克服了批间和批内的干扰,从而使输出轨迹能精确跟踪期望轨迹。最后,在连续搅拌反应釜(CSTR)上进行仿真研究,仿真结果说明了该方法的有效性。     

基于高阶观测器和干扰补偿控制的模型预测控制方法

针对状态不可测、外部干扰未知, 并且状态和输入受限的离散时间线性系统, 将高阶观测器、干扰补偿控制与标准模型预测控制(Model predictive control, MPC)相结合, 提出了一种新的MPC方法. 首先利用高阶观测器同步观测未知状态和干扰, 使得观测误差一致有界收敛;然后基于该干扰估计值设计新的干扰补偿控制方法, 并将该方法与基于状态估计的标准MPC相结合, 实现上述系统的优化控制. 所提出的MPC方法克服了利用现有MPC方法求解具有外部干扰和状态约束的优化控制问题时存在无可行解的局限, 能够保证系统状态在每一时刻都满足约束条件, 并且使系统的输出响应接近采用标准MPC方法控制线性标称系统时得到的输出响应. 最后, 将所提控制方法应用到船舶航向控制系统中, 仿真结果表明了所提方法的有效性和优越性.     

应用模型预测控制的混合动力汽车模式切换动态协调控制

利用传统协调控制策略或模型预测控制(MPC)方法能够解决离合器模式切换的平顺性,但其改善效果不显著,且缺乏深入的细化研究.因此,为了改进混合动力汽车有离合器结合的模式切换过程中的平顺性,本文基于MPC制定有离合器模式切换过程的动态协调控制策略.在对混合动力系统有离合器模式切换模型进行简化的基础上,开展MPC在模式切换动态协调控制过程的原理描述,以减小有离合器模式间切换的冲击度进行基于MPC动态协调控制策略设计,并对不同权重下的冲击度进行了详细的对比.通过实验验证,其结果表明采用MPC的模式切换协调控制最大冲击度从26.3 m/s^3下降至9.26 m/s^3,降低了64.8%,明显的抑制了模式切换过程中的冲击度,有效的改善了模式切换的平顺性.