[發(fā)明專利]一種串級預測控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611257696.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106610588B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 耿濤;趙金;王旭東;劉洋;鐘鳳娟;劉淑君
• 申請（專利權）人: 廣東華中科技大學工業(yè)技術研究院;華中科技大學;廣東省智能機器人研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 羅曉林;楊桂洋<國際申請>=<國際公布>

1.一種串級預測控制系統(tǒng)的控制方法，基于串級預測控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個預測控制器和副回路、主回路兩個控制對象模型，預測控制器的輸出端與副回路的輸入端連接，副回路的輸出端與主回路的輸入端連接，副回路的輸出端與預測控制器的輸入端連接，主回路的輸出端與預測控制器的輸入端連接，參考輸入從預測控制器的輸入端輸入，所述方法包括以下步驟：

將預測控制器的輸入端的參考輸入標記為r，預測控制器的輸出標記為u,副回路的輸出標記為v，主回路的輸出標記為y；

建立副回路輸出模型：以及主回路模型：其中，z^-1為單位延遲算子，△＝1-z^-1為差分算子，e為常數(shù)，多項式A(z^-1)、B(z^-1)、C(z^-1)分別標記為多項式A、B、C，其中多項式T₁(z^-1)代表C₁(z^-1)的估計值；

根據(jù)建立的模型，轉換成帶約束的二次規(guī)劃問題

J為預測控制性能指標，S、f^T為與控制對象有關的常量，為優(yōu)化變量；

求解得到的作為預測控制器的輸出；

所述J為預測控制性能指標，為參考輸入，W_y、W_u分別為加權系數(shù)，H＝C_D^-1C_B,P＝C_D^-1H_B,Q＝-C_D^-1H_D，其中C_D為矩陣D的托普利茲矩陣，C_B為矩陣B的托普利茲矩陣，H_D為矩陣D的漢克爾矩陣，其中，D(z^-1)＝△A(z^-1)；該H、P和Q為變量，S＝H^TW_yH+W_u,則副回路增量輸出其中是指被T₁濾波，

主回路控制對象的預測輸出為其中是指被T₂濾波；

則主回路控制對象的預測輸出進一步為

其中,Γ＝Γ₂Γ₁,_free表示v的自由響應；

從而得到副回路增量輸出和主回路控制對象的預測輸出。

2.根據(jù)權利要求1所述的串級預測控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述預測控制器的輸出具有控制量變化率約束，預測控制器的輸出的控制增量的下界與上界分別記作△u與在控制步長內所有的控制量均受增量幅度的限度記作：

以向量形式表示為

以矩形不等式的形式表示為I為單位矩陣。

3.根據(jù)權利要求2所述的串級預測控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述預測控制器的輸出具有控制量幅值約束，控制量的下界與上界分別記作u與由于優(yōu)化變量為將表達成的表達式：

其中

則，

其中C_I/△為計算符號；

以矩形不等式的形式表示為

則副回路的預測輸出為

V、分別是副回路輸出的下限和上限：

相應的線性矩陣不等式為：

其中,

從而可得到C、d_k的具體數(shù)值，C為與控制約束相關的常數(shù)，d_k是與控制對象輸入、輸出歷史值相關的量。