[發明專利]一種用于復雜數字控制系統的預測控制方法

有效

• 申請號: 201310032736.2
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103092129A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 金建勛;陳孝元;周鑫
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 王璐瑤

技術領域

本發明屬于數字控制技術領域，特別涉及一種適用于復雜數字控制系統的預測控制方法。

背景技術

和傳統模擬控制相比，現代數字控制具有抗干擾能力強、噪聲容限大、易于實現復雜算法、可重復編程等優點。但是，各種實際數字控制系統中的控制信號產生、傳輸、執行過程均不可避免地存在控制信號的延時問題，主要包括：A/D采樣轉換延時、控制系統計算延時、控制信號傳輸延時和被控系統的執行延時等。由于各種延時的存在，數字控制系統不能及時對被控系統進行控制，這將影響被控系統的動態特性，特別是影響了控制環路相位裕量，降低了系統帶寬，甚至發生系統振蕩及失去穩定性。

為此，人們提出了多種具有補償系統數字延時效果的數字控制策略或參數預測控制方法，如無差拍控制、重復控制、PID控制等。從各種預測控制策略的本質來看，可以大致分成兩類：第一類是基于被控系統的數學模型，通過模型計算預測下一個或幾個周期的系統被控量變化趨勢或準確數值，從而提前輸出相應的系統運行狀態切換的控制信號；第二類是通過各種插值法或專家經驗知識，使用曲線擬合或線性擬合的方式來預測下一個或幾個周期的系統被控量變化趨勢或準確數值。

對于線性定常控制系統來說，第一類方法可獲得非常高的預測精度。但對于存在動態系統參數的應用場合，由于無法直接預測下一個或幾個周期的運行狀況，目前常采用“凍結系數法”來獲取數字控制系統的近似傳遞函數，然后通過在線迭代計算的方法，在一個個離散的時間區間內預測被控量的運行狀況。原則上，凍結系數的時間區間長度越短，傳遞函數的精確程度越高，被控量的預測精度越高；在某一凍結系數的時間區間內的迭代計算次數越多，被控量的預測精度也越高。為了達到對被控量的高精度控制，其所需的迭代計算時間較長，特別是在某些存在多個動態變化且相互關聯的系統參數的復雜數字控制系統，在線迭代計算時間與系統其它固有延時時間的總和（即系統總延時時間長度）可能會超過系統允許的最長凍結系數時間區間長度，或超過當前系統運行狀態的總運行時間，從而導致被控量預測精度的下降，尤其是在系統運行狀態切換的前后瞬間，現有方法無法精確確定系統運行狀態切換的時間點，這將不可避免地帶來一定的超調量。因此，對于這類復雜數字控制系統，采用第一類方法很難實現兼備快速計算和精確計算的性能優勢。而第二類方法無需實時在線迭代計算，可獲得非?？斓挠嬎闼俣?，但是其預測精度不高，無法實現對被控量的高精度控制。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種兼備快速計算和精確計算性能優勢的用于復雜數字控制系統的預測控制方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提出的一種用于復雜數字控制系統的預測控制方法包括：

A.構建所述復雜數字控制系統的所有運行狀態的狀態切換判定數組，其中每一個運行狀態的狀態切換判定數組通過以下步驟（1）-（7）構建：

（1）將控制量和被控制量的連續數值變化范圍分別均分為N-1等份，得到相應的控制量數據數組X=[x₁?x₂?...?x_N]和被控制量數據數組Y=[y₁?y₂?...?y_N]，其中N>1；?

（2）將步驟（1）中得到的x₁和y₁作為零時刻的控制量和被控制量初始值輸入至所述復雜數字控制系統的動態數學模型中，通過迭代計算得到被控制量等于其理想閾值所需的時間長度T_c；?

（3）將步驟（2）中得到的T_c減去系統總延時時間長度T_d，得到與x₁和y₁相對應的一個判定閾值z₁₁所在的時刻T_c-T_d；將步驟（2）中得到的T_c減去系統總延時時間長度T_d和系統采樣延時時間長度T_s，得到與x₁和y₁相對應的另一個判定閾值s₁₁所在的時刻T_c-T_d-T_s；