[發(fā)明專利]基于線性規(guī)劃實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化的工業(yè)模型預(yù)測控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010131346.7
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN101813917A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張端;高巖;鄒濤;何熊熊;丁寶蒼
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)模型預(yù)測控制方法，尤其是一種約束動(dòng)態(tài)過程輸入輸出量的預(yù)測控制方法，可以應(yīng)用于過程工業(yè)控制，如造紙、食品加工、石油化工等行業(yè)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)矩陣控制是通過非參數(shù)模型的辨識(shí)方法離線生成非參數(shù)模型，通常使用離散的FIR(有限脈沖響應(yīng))模型，經(jīng)過處理和驗(yàn)證后得到模型系數(shù)，利用該模型進(jìn)行在線的工業(yè)過程型優(yōu)化和動(dòng)態(tài)控制。

動(dòng)態(tài)矩陣控制算法分為兩個(gè)步驟：首先是穩(wěn)態(tài)目標(biāo)優(yōu)化步驟，進(jìn)行一個(gè)獨(dú)立的局部穩(wěn)態(tài)優(yōu)化，用于計(jì)算穩(wěn)態(tài)被控輸出的期望目標(biāo)值，該步驟一般采用線性規(guī)劃；接著，進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化的步驟，即為達(dá)到上述期望目標(biāo)值，再采用優(yōu)化方法計(jì)算每一個(gè)采樣時(shí)刻的輸入增量。

其中，動(dòng)態(tài)優(yōu)化步驟對無不等式約束的情況，計(jì)算較為簡單，僅通過簡單的矩陣計(jì)算即可完成；然而大多數(shù)實(shí)際工業(yè)過程控制中存在大量的不等式約束，傳統(tǒng)的方法是采用二次規(guī)劃算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算得到輸入增量，參照文獻(xiàn)：預(yù)測控制，錢積新等，化學(xué)工業(yè)出版社，2007，p94-95；Qin?S?J，Badgwell?T?A.A?Survey?of?industrial?modelpredictive?control?technology.Control?EngineeringPractice，2003，11，733-764；所述的二次規(guī)劃屬于非線性規(guī)劃，計(jì)算復(fù)雜度高，計(jì)算耗時(shí)長，以至于難以在一個(gè)采樣周期內(nèi)完成計(jì)算，影響了控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)；Aspen公司開發(fā)的控制軟件中采用了一系列最小二乘問題來逼近二次規(guī)劃問題的解。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有的工業(yè)模型預(yù)測控制方法的動(dòng)態(tài)優(yōu)化過程的計(jì)算復(fù)雜度高、耗時(shí)長、實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種簡化計(jì)算、縮短計(jì)算周期、實(shí)用性好的基于線性規(guī)劃實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化的工業(yè)模型預(yù)測控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于線性規(guī)劃實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化的工業(yè)模型預(yù)測控制方法，包括以下步驟：

1)、進(jìn)行穩(wěn)態(tài)目標(biāo)優(yōu)化：根據(jù)采樣周期的輸入量計(jì)算穩(wěn)態(tài)被控輸出的期望目標(biāo)值；

2)、進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，具體有：

2.1)、通過最小二乘法獲得工業(yè)過程的階躍響應(yīng)的模型，在N個(gè)周期內(nèi)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(gè)輸入增量作用下系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)需要的周期個(gè)數(shù)，Δy(k+1)＝y(k+1)-y(k)表示第k個(gè)采樣周期內(nèi)輸出的增量，y(k+1)表示第k+1個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值，y(k)表示第k個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值，Δu(k)＝u(k)-u(k-1)表示第k-1個(gè)采樣周期內(nèi)輸入的增量，u(k)表示第k個(gè)采樣時(shí)刻的輸入值，u(k-1)表示第k-1個(gè)采樣時(shí)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(shù)；

2.2)、從k+1時(shí)刻開始預(yù)測未來各時(shí)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)

??????.

??????.

??????.

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)