[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)輸出反饋策略的模型預(yù)測控制方法

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• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115437247A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建華;王依靈
• 申請（專利權(quán)）人: 湖州師范學(xué)院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

本發(fā)明剛公開了一種基于動態(tài)輸出反饋策略的模型預(yù)測控制方法，應(yīng)用于多面體不確定系統(tǒng)，在多面體不確定系統(tǒng)中的物理設(shè)備運行時，數(shù)據(jù)通過傳感器傳輸；模型預(yù)測控制過程如下：建立包含控制器和觀測器在內(nèi)的動態(tài)輸出反饋策略，根據(jù)模型預(yù)測控制的問題，通過狀態(tài)方程分別對多面體不確定系統(tǒng)、控制器和觀測器進行描述；利用觀測器對傳感器傳來的數(shù)據(jù)進行約束，對數(shù)據(jù)中測量野值進行處理；利用控制器對處理后輸出的數(shù)據(jù)進行模型預(yù)測控制，得到下一時刻的控制輸入，并通過執(zhí)行器作用于物理設(shè)備。本發(fā)明針對存在測量野值的多面體不確定系統(tǒng)，利用飽和函數(shù)研究基于觀測器的動態(tài)輸出反饋策略，緩解測量野值的影響，保證系統(tǒng)的魯棒性和漸近穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于控制工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于動態(tài)輸出反饋策 略的模型預(yù)測控制方法。

背景技術(shù)

在過去的幾十年中，模式預(yù)測控制(MPC)，受到了學(xué)術(shù)界和工程界 的廣泛關(guān)注。在每個時刻，基于當(dāng)前測量值，通過解決在線優(yōu)化問題，計 算未來預(yù)測范圍內(nèi)的一系列控制動作，但只有第一個真正在設(shè)備上實現(xiàn)。 在下一時刻，需要根據(jù)新的測量值重新制定優(yōu)化問題，并將由該問題確定 的控制輸入作用于多面體不確定系統(tǒng)。

如公開號為CN110780649A的中國專利文獻公開了一種工業(yè)過程新 型混雜受限模型預(yù)測跟蹤控制優(yōu)化設(shè)計方法，屬于工業(yè)過程的先進控制領(lǐng) 域，包括以下步驟：步驟1、建立新型工業(yè)過程多胞型離散切換系統(tǒng)模型， 步驟2、模型預(yù)測跟蹤控制最小-最大優(yōu)化設(shè)計。該設(shè)計方法將多階段工業(yè) 過程輸入輸出模型轉(zhuǎn)化成含有多胞切換系統(tǒng)模型，此模型是原有系統(tǒng)在 “最差”情況下的新型表示，針對這樣的模型，將其轉(zhuǎn)化為由系統(tǒng)狀態(tài)誤 差及輸出跟蹤誤差構(gòu)成的擴展新型狀態(tài)空間模型，在此模型下，基于切換 模式的容錯預(yù)測控制器得以設(shè)計，此控制器是克服最大干擾使得性能指標 上界最小時的最小控制輸入，在一定程度上實現(xiàn)高精控制和節(jié)能減耗的目 標。

為了處理建模過程中不可避免的參數(shù)不確定性，產(chǎn)生了所謂的魯棒MPC(RMPC)方法。然而，在實際工程中多面體不確定系統(tǒng)的狀態(tài)并不 總是完全可得到的，這意味著RMPC策略可能無效。因此，針對不可測的 多面體不確定系統(tǒng)的狀態(tài)，提出基于輸出反饋控制的新型RMPC策略。

值得注意的是，通過使用基于靜態(tài)輸出反饋的RMPC策略獲得的條件 有些保守，因為輸出矩陣通常需要進行全行排序，或者輸入矩陣需要進行 全列排序。為了克服這一障礙，動態(tài)輸出反饋RMPC(OFRMPC)應(yīng)運而 生。然而，在現(xiàn)實世界中，多面體不確定系統(tǒng)的狀態(tài)往往是不可測量的狀 態(tài)變量。因此，基于觀測器的輸出反饋MPC策略是解決這一問題不可或 缺的有效方法。

多面體不確定系統(tǒng)受各種因素影響，測量野值已成為不可避免的問題， 可能導(dǎo)致多面體不確定系統(tǒng)估計性能的惡化，從而影響多面體不確定系統(tǒng) 的穩(wěn)定性。因此，如何處理多面體不確定系統(tǒng)中存在的測量野值，提高多 面體不確定系統(tǒng)預(yù)測狀態(tài)的性能，使得多面體不確定系統(tǒng)更穩(wěn)定，是一個 重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于動態(tài)輸出反饋策略的模型預(yù)測控制方法，針對 存在測量野值的多面體不確定系統(tǒng)，利用飽和函數(shù)研究了基于觀測器的動 態(tài)輸出反饋策略的設(shè)計，緩解測量野值可能帶來的影響，以保證系統(tǒng)的魯 棒性和漸近穩(wěn)定性。

一種基于動態(tài)輸出反饋策略的模型預(yù)測控制方法，應(yīng)用于多面體不確 定系統(tǒng)，在多面體不確定系統(tǒng)中的物理設(shè)備運行時，數(shù)據(jù)通過傳感器傳輸； 模型預(yù)測控制過程如下：

建立包含控制器和觀測器在內(nèi)的動態(tài)輸出反饋策略，根據(jù)模型預(yù)測控 制的問題，通過狀態(tài)方程分別對多面體不確定系統(tǒng)、控制器和觀測器進行 描述；

利用動態(tài)輸出反饋策略的觀測器對傳感器傳來的數(shù)據(jù)進行約束，對數(shù) 據(jù)中測量野值進行處理；

利用控制器對處理后輸出的數(shù)據(jù)進行模型預(yù)測控制，得到下一時刻的 控制輸入，并通過執(zhí)行器作用于物理設(shè)備。

進一步地，通過狀態(tài)方程對多面體不確定系統(tǒng)進行描述如下：