[發明專利]一種基于軟約束的區間預測控制建模及優化方法

有效

• 申請號: 201410169068.2
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103995466B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 孫超;郝曉辰;周湛鵬;姜迎;劉彬;韓輝;劉浩然;陳白
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)13116
• 代理人: 李合印

1.一種基于軟約束的區間預測控制建模及優化方法，其特征在于：該方法內容包括如下步驟：

步驟一：利用被控變量預測輸出與軟、硬約束構造區間約束項指標，對輸出進行區間控制；

步驟二：記被控變量預測輸出超出軟約束區間的上線或下線的偏差值為松弛變量A1或A2，軟約束上線與硬約束上線和軟約束下線與硬約束下線差值分別記為B1和B2；根據A1與B1或A2與B2的比值確定區間約束項加權矩陣元素的大小：當比值大于1時，對應的權值矩陣元素都為1；當比值介于0和1之間時，對應的權值矩陣元素為比值的平方；當比值為0時，對應的權值矩陣元素都為0；

步驟三：利用被控變量經濟約束構造被控變量區間控制項指標，利用操作變量經濟約束構造操作變量區間控制項指標，被控變量區間控制項指標與操作變量區間控制項指標之和統稱為區間控制項指標；

步驟四：利用輸出量、控制量和控制量增量的二次性能指標之和構造控制模型經濟項指標；將所述的輸出量和控制量的權值矩陣元素與產品產量有關的權值設為負值，將與成本有關的權值設為正值，而將與產量和成本均無關的二次指標對應的權值設為零，則控制增量的加權矩陣為單位矩陣；

步驟五：用區間約束項指標、區間控制項指標和經濟項指標的二次性能指標三者之和作為綜合優化方法的控制模型，各項權值矩陣的調節遵循變量優先權原則，優先級順序為：約束項、經濟項、控制項；只有被控變量處于軟約束范圍內時才能對經濟項和控制項的權重進行協調，此時區間約束項權值全部為0，且經濟項的權值的最小值大于對應項控制項的權值的最大值；

步驟六：通過求解松弛變量A1或A2是否為0，判斷求解方法是否可行；當求解方法不可行時，輸出軟約束放松大小為松弛變量A1或A2，使控制模型重新變得可行；在可行性分析后，當松弛變量的解為0時，約束控制模型可行，當松弛變量的解不為0時，約束控制模型不可行；

步驟七：當求解方法可行時，若初始點選擇不佳，用蒙特卡羅方法找到接近最優點的可行域點；

步驟八：在Hessian矩陣正定性的確保下，采用積極約束估計集方法，減少二次規劃方法中子問題的約束條件，并結合最速下降與擬牛頓方法求取最優化過程的可行下降方向，通過循環迭代求取最優控制輸入。

2.根據權利要求1所述的一種基于軟約束的區間預測控制建模及優化方法，其特征在于：在所述步驟七中所述的蒙特卡羅方法，其內容包括如下步驟：

第一步預置N為充分大的正數，確定選點個數M；

第二步用隨機函數及條件限制產生可行點x；

第三步計算控制模型:F＝f(x)；

第四步比較函數值:若F≥N，轉第六步；否則，轉第五步；

第五步記錄當前最優點的信息:N＝F,x^k＝x；

第六步若已選定M個可行點，輸出x^k和N；否則，轉第二步，尋找下一個可行點。