[發明專利]基于線性規劃實現動態優化的工業模型預測控制方法

無效

• 申請號: 201010131346.7
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101813917A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 張端;高巖;鄒濤;何熊熊;丁寶蒼
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

1.一種基于線性規劃實現動態優化的工業模型預測控制方法，包括以下步驟：

1)、進行穩態目標優化：根據采樣周期的輸入量計算穩態被控輸出的期望目標值；

2)、進行動態優化，具體有：

2.1)、通過最小二乘法獲得工業過程的階躍響應的模型，在N個周期內建立的模型的形式如下：

Δy(k+1)＝a_mΔu(k-m+1)+a_m-1Δu(k-m+1)+…?

????????????????????????????????????????????(1)

+a₂Δu(k-1)+a₁Δu(k)，

上式中，m表示一個輸入增量作用下系統達到穩態需要的周期個數，Δy(k+1)＝y(k+1)-y(k)表示第k個采樣周期內輸出的增量，y(k+1)表示第k+1個采樣時刻的輸出值，y(k)表示第k個采樣時刻的輸出值，Δu(k)＝u(k)-u(k-1)表示第k-1個采樣周期內輸入的增量，u(k)表示第k個采樣時刻的輸入值，u(k-1)表示第k-1個采樣時刻的輸入值，a_m、a_m-1...a₁分別表示了輸入增量Δu(k-m+1)、Δu(k-m+1)...Δu(k)對輸出增量Δy(k+1)的影響系數；

2.2)、從k+1時刻開始預測未來各時刻的輸出量為：

Δy(k+1)＝a_mΔu(k-m+1)+a_m-1Δu(k-m+2)+…+

??????????a₂Δu(k-1)+a₁Δu(k)

Δy(k+2)＝a_mΔu(k-m+2)+a_m-1Δu(k-m+3)+…+

??????????a₂Δu(k)+a₁Δu(k+1)

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Δy(k+N-m)＝a_mΔu(k+N-2m)+a_m-1Δu(k+N-2m

??????????+1)+…+a₂Δu(k+N-m-2)+a₁Δu(k+N-m-1)

Δy(k+N-m+1)＝a_mΔu(k+N-2m+1)+a_m-1Δu(k+N-2m

??????????+2)+…+a₂Δu(k+N-m-1)+a₁Δu(k+N-m)

Δy(k+N-m+2)＝a_mΔu(k+N-2m+2)+a_m-1Δu(k+N-2m

??????????+3)+…+a₂Δu(k+N-m)

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Δy(k+N)＝a_mΔu(k+N-m)????????????????????????????(2)

上式中，式中在k+1時刻仍起作用的輸入增量為Δu(k-m+1)，Δu(k-m+2)，...，Δu(k)。

2.3)、動態過程中輸入和輸出須在各自的上下界范圍內，如式(3)：

U_min≤u(k)+Δu(k+1)+…+Δu(k+i)≤U_max

Y_min≤y(k)+Δy(k+1)+…+Δy(k+i)≤Y_max?????????????(3)

i＝2，3，…，N-m+1

其中，U_min、U_max為過程輸入變量約束條件的上界和下界，Y_min、Y_max為輸出變量的約束條件的上界和下界，i表示采樣時刻的計數；

設置目標約束，如式(4)：

yR-R1≤y(k)+Σi=1NΔy(k+i)≤yR+R2,R1,R2≥0---(4)]]>

上式中，i表示采樣時刻，y_R為系統經穩態優化得到的系統穩態目標，R₁反映了y(k+N)對y_R向下的偏移，R₂反映了y(k+N)對y_R向上的偏移。

建立如下的性能指標：

min?J＝W₁R₁+W₂R₂??????????????????????(5)

W₁，W₂表示抑制超調量的懲罰系數，結合式(4)，此指標函數最小時，將限制和改善y(k+N)≠y_R的情況出現。

結合式(2)、式(3)、式(4)和式(5)形成動態優化問題，采用線性規劃方法可求解出所有的輸入增量y_i，i＝0，1，…，k+N-m，然后將輸入增量代入式(2)，計算得到的預測輸出值y(k+1)，y(k+2)，…，y(k+N)。