[發明專利]一種基于動態輸出反饋策略的模型預測控制方法

在審

• 申請號: 202210813282.1
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115437247A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 王建華;王依靈
• 申請（專利權）人: 湖州師范學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

1.一種基于動態輸出反饋策略的模型預測控制方法，其特征在于，應用于多面體不確定系統，在多面體不確定系統中的物理設備運行時，數據通過傳感器傳輸；模型預測控制過程如下：

建立包含控制器和觀測器在內的動態輸出反饋模型預測控制策略，根據模型預測控制的問題，通過狀態方程分別對多面體不確定系統、控制器和觀測器進行描述；

利用動態輸出反饋策略的觀測器對傳感器傳來的數據進行約束，對數據中測量野值進行處理；

利用控制器對處理后輸出的數據進行模型預測控制，得到下一時刻的控制輸入，并通過執行器作用于物理設備。

2.根據權利要求1所述的基于動態輸出反饋策略的模型預測控制方法，其特征在于，通過狀態方程對多面體不確定系統進行描述如下：

其中，x(k)、u(k)、y(k)分別代表狀態、控制輸入、測量的輸出，k代表當前采樣時刻；A(k),B(k),C(k)是具有適當維數的未知矩陣，屬于如下凸包：

其中，l＝1,2,...,L是凸包Δ的頂點，凸包用于描述多面體不確定系統的不確定性。

3.根據權利要求2所述的基于動態輸出反饋策略的模型預測控制方法，其特征在于，通過狀態方程對觀測器進行描述如下：

其中，是狀態估計值，是輸出估計值，H(k)是將要設計的參數矩陣，A⁽⁰⁾，B⁽⁰⁾，C⁽⁰⁾是多面體不確定系統矩陣，Sat_σ(k)(r(k))為飽和函數，定義如下：

其中，r^(l)(k)表示向量r(k)的第l個輸入；在每個步驟中，飽和水平σ(k)是時變的，由以下差分方程自適應確定：

σ(k+1)＝ασ(k)+(r(k))^Tl(k)(r(k))

其中，α∈[0，1)，l(k)是預先確定的正定矩陣。

4.根據權利要求3所述的基于動態輸出反饋策略的模型預測控制方法，其特征在于，通過狀態方程對控制器進行描述如下：

其中，u(k+n|k)和是在時間k時對控制輸入和狀態估計的第n步預測，F(k+n|k)是通過優化設計出的反饋增益；根據實際工程的要求，對控制輸入、狀態的約束如下所示：

其中，和是已知標量。

5.根據權利要求4所述的基于動態輸出反饋策略的模型預測控制方法，其特征在于，多面體不確定系統進一步描述如下：

定義估計誤差預測范圍內的閉環的多面體不確定系統用以下形式表示：

ζ(k)＝[1 e^T(k)]^T

得到以下擴充的多面體不確定系統：

其中，

6.根據權利要求5所述的基于動態輸出反饋策略的模型預測控制方法，其特征在于，通過最小-最大代價函數來進一步描述控制器：

min_F(k)，H(k)max_{(A(k)，B(k)，C(k))∈Δ}J_∞(k)，

其中，F(k)，H(k)是將要設計的參數矩陣，A(k)，B(k)，C(k)是系統的參數矩陣，目標函數J_∞(k)定義為：

其中，ζ(k)＝[1 e^T(k)]^T，為估計誤差，Q₁，Q₂，Q₃，Q₄，Q₅，R表示對稱和正定加權矩陣，Q＝diag{Q₁，Q₂，Q₃，Q₄，Q₅}。