具有性能保證的集結(jié)預(yù)測控制器分析與設(shè)計.pdf

1、來源于工業(yè)領(lǐng)域的預(yù)測控制采用在線求解優(yōu)化問題的控制策略，顯式地處理了系統(tǒng)的約束并保證了控制性能。由于預(yù)測控制的優(yōu)化問題需要實時求解，當(dāng)被控對象是大規(guī)模多約束的工業(yè)系統(tǒng)時，求解優(yōu)化問題而產(chǎn)生的巨大在線計算量限制了預(yù)測控制的廣泛應(yīng)用。將動態(tài)大系統(tǒng)控制中降低模型復(fù)雜度的常用策略——集結(jié)策略，應(yīng)用于預(yù)測控制中，產(chǎn)生了集結(jié)預(yù)測控制器。通過集結(jié)矩陣所表征的線性映射來減少原優(yōu)化問題中的優(yōu)化變量，從而降低預(yù)測控制的在線計算量，得到了較好的降低預(yù)測控制在

2、線計算量的效果。廣義集結(jié)框架覆蓋了多種已有的降低預(yù)測控制優(yōu)化變量的方法，以這種框架描述下的集結(jié)預(yù)測控制器作為基本模型，但是，集結(jié)策略的引入導(dǎo)致了預(yù)測控制優(yōu)化問題自由度的減少，使得預(yù)測控制器的性能無法保證。 本文介紹了針對無約束系統(tǒng)和終端零約束系統(tǒng)的等效集結(jié)策略，并進一步對終端零約束系統(tǒng)的保證控制性能的最小集結(jié)自由度給出了理論證明。由于無法獲得有約束系統(tǒng)中預(yù)測控制優(yōu)化問題的解析解，本文研究了采用擬等效集結(jié)策略的預(yù)測控制器。通過仿真

3、分析了擬等效集結(jié)策略改善控制器性能的思路，并對其效果進行了驗證。 在仿真分析的基礎(chǔ)上，論文給出了一種設(shè)計擬等效集結(jié)中自由變量個數(shù)的算法。該算法通過對若干初始狀態(tài)點設(shè)計滿足擬等效控制要求的集結(jié)預(yù)測控制器，獲得在整個可行狀態(tài)空間均滿足控制性能要求的集結(jié)預(yù)測控制器設(shè)計方法。將該算法應(yīng)用于連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(CSTR)系統(tǒng)的仿真也證明了該算法的有效性。本文對這一算法中選取初始點的理論依據(jù)進行了分析，指出了狀態(tài)空間中系統(tǒng)狀態(tài)點位置與其相應(yīng)的預(yù)