[發(fā)明專利]非線性無(wú)模型預(yù)測(cè)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810897858.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN108614435A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李金;趙柯璇;李瑞兔;李淑敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安思優(yōu)特自動(dòng)控制技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 蘇州中合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32266
• 代理人: 趙曉芳

本發(fā)明公開了一種非線性無(wú)模型預(yù)測(cè)控制方法，方法步驟如下：通過(guò)非線性模型求解預(yù)測(cè)控制的泛模型；采用遞推最小二乘法求得泛模型中特征向量的估值序列；通過(guò)估值序列建立自回歸模型，采用廣義遞推梯度算法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)；通過(guò)對(duì)自回歸模型中未知參數(shù)的估計(jì)結(jié)果，求得泛模型特征向量的預(yù)測(cè)值；已知泛模型特征向量及其預(yù)測(cè)值，求得泛模型的預(yù)測(cè)控制律，帶入工控系統(tǒng)中的設(shè)定值與控制參數(shù)，求得控制輸出；將控制輸出作用在工控系統(tǒng)上，得到系統(tǒng)輸出，通過(guò)引入泛模型，并將泛模型作為預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制中，達(dá)到使預(yù)測(cè)控制算法在非線性時(shí)變系統(tǒng)中，有效的解決工控系統(tǒng)中非線性和時(shí)變問題，更好的控制工控系統(tǒng)中性能指標(biāo)的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)系統(tǒng)控制預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非線性無(wú)模型預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)PID控制器在使用時(shí)無(wú)需建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，即可對(duì)被控系統(tǒng)進(jìn)行操作，但是它只能處理線性時(shí)不變系統(tǒng)，當(dāng)前針對(duì)非線性、時(shí)變系統(tǒng)大多采用基于模型的控制方法，其中以模型預(yù)測(cè)控制(MPC)方法的研究最為廣泛，它具有抗干擾性強(qiáng)，魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)過(guò)程控制中被大量的使用。然而MPC需要對(duì)被控對(duì)象建立準(zhǔn)確的模型，而要想建立非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是非常困難的，再者因受到各種外部信號(hào)的干擾，即使構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型，也可能存在未建模動(dòng)態(tài)問題，從而影響系統(tǒng)的控制效果。因此，設(shè)計(jì)不依賴于被控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的控制器，成為控制領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

模型自適應(yīng)控制算法(MFAC)既是參數(shù)自適應(yīng)，又是結(jié)構(gòu)自適應(yīng)，它無(wú)需受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，解決了控制算法對(duì)數(shù)學(xué)模型的依賴，但用于解決非線性、大時(shí)滯、強(qiáng)干擾、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題，MFAC方法難以得到很好的應(yīng)用效果。

由于這些控制器均存在各自的缺陷，因此，在實(shí)際中難以廣泛有效的應(yīng)用。另外，工業(yè)過(guò)程不可避免的存在系統(tǒng)時(shí)變的問題，這更加大了非線性系統(tǒng)的控制難題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種非線性無(wú)模型預(yù)測(cè)控制方法，以達(dá)到使預(yù)測(cè)控制算法在非線性時(shí)變系統(tǒng)中，有效的解決工控系統(tǒng)中非線性和時(shí)變問題，具有更強(qiáng)的魯棒性，更好的控制工控系統(tǒng)中性能指標(biāo)的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種非線性無(wú)模型預(yù)測(cè)控制方法，所述方法步驟如下：

步驟1：通過(guò)非線性模型求解預(yù)測(cè)控制的泛模型；

步驟2：采用遞推最小二乘法求得泛模型中特征向量的估值序列；

步驟3：通過(guò)估值序列建立自回歸模型，采用廣義遞推梯度算法對(duì)自回歸模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)；

步驟4：通過(guò)對(duì)自回歸模型中未知參數(shù)的估計(jì)結(jié)果，求得泛模型特征向量的預(yù)測(cè)值；

步驟5：已知泛模型特征向量及其預(yù)測(cè)值，求得泛模型的預(yù)測(cè)控制律，帶入工控系統(tǒng)中的設(shè)定值與控制參數(shù)，求得控制輸出；

步驟6：將控制輸出作用在工控系統(tǒng)上，得到系統(tǒng)輸出。

進(jìn)一步地，所述通過(guò)非線性模型求解預(yù)測(cè)控制的泛模型的具體方法是：對(duì)于非線性模型：

其中，

n是正整數(shù)。

m是正整數(shù)。

與控制律結(jié)合起來(lái)，可以實(shí)時(shí)的用泛模型來(lái)表述：

y(k)-y(k-1)＝φ(k-1)^τ[u(k-1)-u(k-2)] (2)

其中，φ(k)是關(guān)于的函數(shù)，被稱作為y(k)對(duì)u(k)的泛模型特征向量。

根據(jù)公式(2)，系統(tǒng)的泛模型可表述為：