先进控制算法的研究

Ｌ ｂＶＩ ， ａ ＥＷ ＤＭＣ ． Ｃ－ＰＩ Ｍ ＰＣ ｂ ｓｅ ｏ ｆ ｅｎ ｉｌ ｕａｉｎ ｎ ｏ ｈ ｄｖ ｃ ｃ ｎ ｒ ｌ ｌｏｒｈｍ ｅ ｅｓｇ ｄ Ｕｓｎｇ ａｂ ＤＭ Ｄ． ａ ｄ ｎ ｄｉｅｒ ｔ ｅｑ ｔ ａ ｄ ｔ ｅｒａ ａｎ ｅｄ ｏ ｔｏ ａｇ ｉ ａ ｏ ｔ ａｒ ｄ ｉｎｅ ｉ ｌ —
（） ２
其 中 △ｕ ｋ ｆ＝ （— ） ｕ ｋ ｉ１ 为 ｋ ｆ 刻作 用在 系统 上 （— ） ｕ ｋ ｉ一 （—一 ） —时 的 控 制增 量 。 经过 推 导 ， 测模 型输 出写 成 矩 阵 形 式 为 ： 预
』 ） ｏ 七 ） Ａ Ｕ（ （ ＝Ｙ （ ＋７ ＋ ＋１ ）
但 基 于 模 型 ， 且利 用 了反 馈 信 息 ， 成 闭环 优 化 。 而 构 反 馈 修 正 的形 式 有 在 保 持 预 测 模 型 不 变 的 基 础 上 ，对 未 来 的误 差 做 出预 测 并 加 以补 偿 和 根 据 在 线 辨 识 的 原 理 直 接 修 改 预 测模 型 。 本 文 是 在 保 持 预 测 模 型 不 变 的 基 础 上 ，对 未 来 的误 差 做 出 预 测并 加 以补 偿 。
ｐ ｉ ｅ ｔ ｏ ｅｓ ｈ ｔ ｔｅｓ ｖ ｃｅ ａｇｏ ｉ ｅｒ ｎ ｐｒｖ ｔａ ｈ ｅ ａｄ ａｎ ｄ ｌ ｒｈｍｓ ｈａ ｅ ｅｔ ｎ ｒ ｆｅ ｈａ ｃｕ ｔ ｍ ｔ ｖ ｂ ｔ ｃｏ ｔｏｌｅ ｆｃｔｔ ｎ ｅｒ ｓｏｍ ＰＩ Ｄ ａｇｏ ｉ ｍ ． ｌ ｒｈ ｔ
式 中Ｙ（ ＋ ） ｋ时 刻 有 △ ｋ 作 用 时 ， 来 Ｐ时 刻 的 预 测 ｋ １一 Ｕ（ ） 未
模型输出矢量 ；
Ｙ （＋ ） ｋ时刻 无 △Ｕ（） 用 时 ， 来 Ｐ时刻 的输 出 初 始 ０ｋ １ 一 ｋ作 未 矢 量 ， ｋ时 刻 以前 加 在 输 入 端 的控 制增 量 产 生 。 由
ａＮ—ａＮ
＿
。 ・
１
一
ｕｋ ７－ （一 ） ４
Ｉ —Ｎ＋２ ｋ ｕ 、
Ｉ
ｋ ） 一７
．
１１ 预测 模 型 ．
最终 ， 预测 模 型输 出 为 ： 踟 踟 鼽
ｆ １ ＝ （（＋ ｋ ７ （ ） ＡＡ Ｕ ｆ Ａ Ｕ（ 一 ） ＋ ） （） ４
预测 模 型 的功 能 是 根 据被 控 对 象 的 历 史信 息 和 未 来输 入 ， 预 测 系统 未 来 响应 。 测模 型 形式 有 参 数模 型 ： 微 分方 程 、 递 函 预 如 传 数 、 分 方程 等 ， 数 模 型 ： 脉 冲响 应 、 差 非参 如 阶跃 响应 模 型等 。 本文 主要是基 于非参数模 型 的 Ｄ ＭＣ 控 制 算 法 及 其 改 进 。 预 测 控 制 算 法 阶跃 响应 模 型为 ：
实验 结 果 证 明 以上 控 制 算 法较 常规 ＰＤ 有 较 好 的控 制 效 果 。 Ｉ
关 键 词 ： 测 控 制 ， 型 辨 识 ， 跃测 试 ， ａ ＶＥ 预 模 阶 Ｌ ｂ ＩＷ
Ａｂｓｒ ｔ ｔａｃ
ＤＭＣ ｐｅ ｉｔ ｅ ｃ ｎｒｌａｇ ｒｈ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｔ ｍｐｏ ｅ ｔｅ ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｅａ ｏ ｌｘ ｙ ｃ ｎｒｌ ｂｅ ｔ ａ ｅ ｏ ｒｄｃｉ ｏ ｔ ｌｏ ｉ ｍ ａ ｅ ｕ ｅ ｏ ｉ ｒｖ ｈ ｆ ｃ ｆｔ ｖ ｏ ｔ ｍｅ ｄ ｌ ｃ ｍｐｅ ｉ ｏ ｔ ｊｃ ｓ ｄ ｎ ｙ ｔ ｏｏ Ｂ
矩 阵 Ａ为 ：
反馈修正后 ， 系统 输 出预 测 值 为 ：
ａ
．
（ 叫 ＝ （ 』十 ｅ ， ７ ， ， 七 ） ｙ ＋ ｎ （ ） ） 卢 ， … Ｐ ２
（） ５
写 成 矩 阵形 式 为 ：
ａ Ｔ … ａ
Ｙ （（ ） ｙ ＋７ ＋ ‘ （ ＝ ｃ』 十７ ＝ （ ） ，ｅ ） ＡＡ Ｕ ） 『 （
摘 要
Ｄ ＭＣ 预 测 控 制 算 法 能 够 较 好 改 善 纯 滞后 复杂 对 象 的控 制 效 果 。基 于 Ｌ ｂ ｌＷ 设 计 实现 了 Ｄ ａ ＶＥ ＭＣ、 ＤＭＣ ＰＤ、 分 方 — Ｉ 差 程 ＭＰ 等 高级 控 制 算 法 。 用 Ｌ ｂ Ｅ 对 以上 算 法进 行 仿 真 ， 选 取 一 阶 纯 滞后 模 型作 为控 制 对 象进 行 控 制 效 果检 验 。 Ｃ 利 ａ ＶＩＷ 并
１ 滚 动优 化 ． ３ 模 型 预 测 控 制 是 一 种 优 化 控 制 算 法 ，通 过 某 一 性 能 指 标 的
传 统 的 ＰＤ 控 制 具 有 原 理 简单 ，鲁 棒 性 强 ，适 用 面 广 等 优 Ｉ 点 ， 然 被 广 泛 地应 用 于工 业 过 程 控 制 。 是 ， 仍 但 在对 具 有 非线 性 、 时 变 不 确 定 性 ， 在 典 型 的 大 滞 后 、 惯 性 ， 用 常 规 的 ＰＤ 控 存 大 应 Ｉ 制 难 于达 到 较 好 的控 制 效 果 。 此 ， 出 了一 些 改 进 的 ＰＤ 与 预 对 提 Ｉ
制 系 统 ， 究 ＤＭＣ 的改 进 ， 讨 Ｄ 研 探 ＭＣ 的 参 数 设 计 对 控 制 鲁 棒 性 的影 响具 有 重 要 的理 论 意 义 与 实 际 应 用 价值 。
ｅ ｋ ＝ （ ） ｙ ） （）ｙ ｋ一 （
一
实测输出 ｙｋ和预测值ｙ ｋ 之差 ； （） （）
Ｈ ｈ 一，。 ， 对 应 于 第 ｊ ＝［ ｈ ］ ｈ为 步输 出 的反 馈 校 正 系 数 。
＝ ａ・ ｕ ｋ ｉ ｊＡ （－）
＝ １
（） １
采 样 时 刻 ， 需 首 先 检测 对 象 的 实 际输 出 ， 通 过 实 际 测 到 的输 则 再 出信 息 对 基 于模 型 的 预 测 输 出 进 行 修 正 ， 后 再 进 行 新 的优 化 。 然 不 断根 据 系统 的 实 际 输 出 对 预 测 输 出值 做 出 修 正 使 滚 动 优 化 不
《 工业控制计算机｝ ０ １年第 ２ ２１ ４卷第 ９期
先进控制算法的研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｖ ｎ ｅ ｎ ｒ ｌＡｌ ｏ ｉ ｍ ｓ ａ ｃ ｆＡｄ ａ ｃ ｄ Ｃｏ ｔｏ ｇ ｒ ｈ ｔ
杨 宝 星 赵 钊 （ 中国石 油辽 阳石化 分公 司 ， 宁 辽 阳 １ ０ ） 辽 １ ３ １０
（ ７＝ （ ７… 尸 ］一 考 输 入 矢 量 ） ［ ） （＋ ）‘ 参
令 ：， ： ０得
（） ９
Ａ Ｕ（ ＝ Ａ Ｑ Ｒ） ） （ Ａ＋ Ａ （ ） Ａ Ｕ（ 一７一 （ ） Ｑ［ ＋７一 ｋ ） Ｈｅ ｋ ］
） ａ ・ （ －７ ＋ ・ ｕ ｋ ２ ＋ ３ Ａ ｕ ｋ ３ 十 ＋ ・ （ － ） ＝ ， Ａｕ ｋ ） Ａ （ － ） ａ － （ － ） … Ａｕ ｋ ｎ
～
预测模型输 出由两部分组成 ：① 待求的未知控制增量产生 的输 出值 ； 过去控制量产生 的已知输 出初值 。 ② １● ● ，上 ●●●
再 进 一 步 计 算 Ｙ （＋ ） ｏｋ １ ：
（ 十１ －４ Ｕ ｋ ） 七 ） ， （ －７ －。
（ ３）
性 和 大 时 滞 等 特 性 ， 存 在 苛 刻 的 约 束 条 件 ， 常 规 控 制 无 法 得 并 使 到 满 意 的 控制 效 果 ， 由此 先 进 的 工业 控 制 技 术 也 就 应 运 而 生 。 先 进 控 制 的 目标 就 是 为 了解 决 那 些 采 用 常规 控 制 效 果 不佳 甚 至 无 法 对 付 的 复 杂 工业 过 程 控 制 问题 。本 文 主要 研 究 设 计 预 测 控 制 算 法 以及 算 法 改进 ， 化 控 制 效 果 ， 进 行 仿 真 。 优 并 研究 步骤 如 下 ： 首 先 ， Ｌ ｂ ＩＷ 设 计 预 测 控 制 算 法 ， 取 一 阶 加 纯 滞 后 模 型 用 ａ ＶＥ 选 为 仿 真对 象进 行 控 制 效 果 检 验 。然 后 ， 进 预 测 控 制 算 法 ， 计 改 设
测 控制 结合 的 控 制 方 法 ，应 用 ＰＤ 和 ＤＭＣ 这 两 种 控 制 方 法 的 Ｉ 优 点 ， ＰＤ 控 制 和 ＤＭＣ 控 制 结 合 起 来 ， 变 用 来 约 束 的 目标 将 Ｉ 改 函数 ， 之 成 为 ＰＤ形 式 ， 成 一 种新 的 预测 控 制 方法 。 即 采 用 使 Ｉ 形 加 入 例 、 分 和微 分 的新 的 目标 函 数 ， 推 导 的 控 制 器 具 有 广 Ｂ 积 使
Ｄ ＭＣ— Ｉ 以 及基 于差 分 方 程 的 ＭＰ 并 对 其 进 行 仿 真 。 ＰＤ， Ｃ，
１ 预 测控 制原 理
其中： Ｉ ～ ａ 一 ａ －一 Ⅳ — ￣ 一 ～， ￣， ａ Ｐ ａ ＿ ａ － ａ Ｐ ３
＝ ｝
Ｌ Ｉ
＿
‘ ・
厂 （ ｕ』 一～＋７ ）
Ｋ ｗｏｒ ： ｅ ｃｔ ｅ ｃ ｔｏｌ ｏ ｅｙ ｄｓｐｒ ｄｉ ｉ ｏｎ ｒ ， ｄｅｌｉ ｎ ｉｃ ｉｎ，ｔ ｐ ｅｓ ， ｂＶＩＷ ｖ ｍ ｄｅ ｔ ｉａｔ ｆ ｏ ｓｅ ｔ ｔ Ｌａ Ｅ
随 着 工 业 过 程 日益 走 向大 型化 、 续 化 、 杂 化 ， 多 系 统 连 复 很 极 其 复 杂 ， 有 高 度 的非 线 性 、 耦 合 性 、 确 定 性 、 息 不 完 全 具 强 不 信
ｖｅ ｗｅ ｓｍｕ ｔ ｈ ｓ ｌｏ ｉ ｍｓａ ｄ ｅｅ ｔｆｓ— ｒｅ ｉ ｅａ ｄ ｌ ｓ ｃ ｎｒｌｏ ｊｃ ｏ ｔｓ ｏ ｔ ｌｅ ｅ ｔ ｈ ｘ ｉ ｗ ｉ ｌ ｅ ｔｅ ｅ ａｇ ｒｈ ，ｎ ｓ ｌｃ ｉ ｔ ｏｄ ｒｔ ａ ｔ ｒ ｍｅ ｄ ｌ ｍｏ ｅ ｏ ｔ ｂｅ ｔｔ ｅ ｔｃ ｎｒ ｆ ｃ ｅ ｅ — ｙ ａ ｏ ｏ Ｔ
Ｘ
１２ 反 馈 校 正 ．
Ｎ
模 型预 测 控 制 是 一 种 闭 环 控 制 算 法 。为 了防 止 模 型 失 配 或 环 境干 扰 引起 控 制 对 理 想 状 态 的偏 离 ，预 测 控 制 通 常 不 把 这 些 控 制作 用 逐 一 全 部 实 施 ， 只是 实 现 本 时 刻 的 控 制作 用 。 下 一 而 到