[發明專利]一種反向過程魯棒控制方法

有效

• 申請號: 201810874056.8
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108803347B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 張日東;李容軒
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

1.一種反向過程魯棒控制方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1、建立多模型描述系統狀態空間模型；

步驟2、設計多模型描述系統的被控對象控制器；

步驟1具體包括如下步驟：

1-1.建立多模型描述系統的輸入輸出數據，建立多模型描述系統模型，其形式如下：

x(k+1)＝A_kx(k)+B_ku(k)

y(k+1)＝Cx(k+1)

且滿足：

其中k表示多模型描述系統的運行時刻，i是大于等于零的正整數，x(k)、x(k+1)分別是k時刻、k+1時刻的系統狀態，u(k)是k時刻的系統輸入，Δu(k+i)是k+i時刻的系統輸入增量，y(k+1)是k+1時刻的系統輸出，y(k+i+1)是k+i+1時刻的系統輸出，A_k,B_k,C分別表示第k個系統相關矩陣，y_min,y_max分別是系統輸出下界、上界，Δu_min,Δu_max分別是系統輸入增量的上界、下界；

1-2.選取在魯棒模型預測控制設計目標下的目標函數，為：

且滿足：

其中J_∞(k)表示k時刻穩態目標函數，l是大于零的自然數，Ω＝Co{A₁|B₁,A₂|B₂,…,A_L|B_L}，Co表示組，α_l(k)是k時刻第l個非負的系數，A₁|B₁,A₂|B₂,…,A_L|B_L分別表示第L對系統矩陣組，[A_k|B_k],[A_l|B_l]分別是第K,L對系統矩陣組，y_r(k+i)是k+i時刻的系統期望輸出，Q,R為相應的輸出誤差、輸入增量的加權矩陣，ΔU(k)是一組k時刻的未來系統輸入增量；

1-3.設計由n個自由度控制的魯棒模型預測控制策略下的新息狀態空間方程：

首先，定義新息系統狀態：

其中z(k)表示k時刻的新息系統狀態，Δx(k)是k時刻的系統狀態增量，e(k)是k時刻的系統輸出誤差；

然后得出新息狀態空間方程，其表示如下：

z(k+1)＝A_mkz(k)+B_mkΔu(k)

Δy(k+1)＝C_mz(k+1)

其中C_m＝[C 0]，z(k+1)表示k+1時刻的新息系統狀態，Δy(k+1)是k+1時刻的系統輸出增量，

1-4.根據1-3，得到新的目標函數為：

且滿足：

其中z(k+i)表示k+i時刻的新息系統狀態；

進一步得到新息狀態空間方程的約束表達式，

-y_min-y_r(k+i+1)≤C_ez(k+i+1)≤y_max-y_r(k+i+1)

-Δu_min≤Δu(k+i)≤Δu_max

其中y_r(k+i+1)是k+i+1時刻的系統期望輸出，z(k+i+1)是k+i+1時刻的新息系統狀態，C_e＝[0 1]。

2.如權利要求1所述的反向過程魯棒控制方法，其特征在于步驟2具體包括如下步驟：

2-1.基于步驟1，多模型描述系統的系統狀態預測模型如下：

其中z(k+2),z(k+3)…z(k+N)分別表示k+2,k+3,…,k+N時刻的新息系統狀態，Δu(k+1),Δu(k+2),…,Δu(k+N-1)分別表示k+1,k+2,…,k+N-1時刻的系統輸入增量；

2-2.進一步得到系統最終的目標函數如下：

且滿足：

[A_ml+B_mlF(k)]^TP_l[A_ml+B_mlF(k)]-P_l+Q+F(k)^TRF(k)≤0,l＝1,2,…,L

其中表示k時刻最終的目標函數，ξ_l(k+i)是k+i時刻第l個新息非負的系數，P_l是第l個系統正矩陣，是新息系統輸入增量，F(k)是k時刻的求解黎卡提方程的所需矩陣；P(i,k)是k時刻第i個新息系統加權矩陣；分別是不同的新息系統矩陣，分別是不同的第N個新息系統矩陣；

2-3.依照2-1到2-2中的步驟依次循環分別求解多模型描述系統k,k+1,…,k+N-1時刻的最優輸入增量Δu(k),Δu(k+1)，…，Δu(k+N-1)，再將其作用于多模型描述系統。