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第四章计算机控制系统中的控制策略 模型预测控制系统 主要内容 提出的背景特点基本原理动态矩阵控制 第一节概述 提出的背景 提出的背景 预测控制的特点 预测控制的特点 预测控制的发展方向 第二节模型预测控制系统 基本原理 预测模型 预测模型 基于模型的预测示意图 滚动优化 滚动优化 u u 滚动优化示意图 反馈校正 反馈校正 误差校正示意图 第三节动态矩阵控制系统 概述 基于被控对象的单位阶跃响应适用于渐近稳定的线性对象即 设一个系统的离散采样数据 a1 a2 an 如p192的示意图 则有限个采样周期后 满足 概述 dmc算法中的模型参数有限集合at a1 a2 an 中的参数可完全描述系统的动态特性n称为建模时域 系统的渐近稳定性保证模型可用有限的阶跃响应描述系统的线性性则保证了可用线性系统的迭加性等 预测模型 系统的单位阶跃采样数据示意图 预测模型 t kt时刻预测未来n个时刻无控制作用u k 的预测输出为考虑有控制作用 u k 时的预测输出为 预测模型 m个连续的控制增量 u k u k 1 u k m 1 作用下 系统在未来p时刻的预测输出a称为dmc的动态矩阵 p是滚动优化时域长度 m是控制时域长度 滚动优化 滚动优化的性能指标通过优化指标 确定出未来m个控制增量 使未来p个输出预测值尽可能地接近期望值w 不同采样时刻 优化性能指标不同 但都具有同样的形式 且优化时域随时间而不断地向前推移 滚动优化 控制增量的最优开环解在采样时刻t kt 根据性能指标 可求出控制增量的最优开环解但由于完全根据预测模型 故为开环解 反馈校正 在t kt时刻 u k 已实施到系统上t k 1 t时刻 可测到实际输出值y k 1 比较y k 1 出与预测值得基于e k 1 对未来偏差的预测为hi e k 1 h1 1 i 2 n 反馈校正 经误差校正后的输出预测值为不考虑未来控制作用影响i 1 2 n 1引入移位矩阵s 得到下一次预测初值 小结 动态矩阵控制算法组成由预测 控制与校正等三部分组成在线实施流程框图初始化程序在线控制部分 工程设计与实施 预备工作渐近稳定的系统采样周期确定动态矩阵确定 测试阶跃响应 参数整定 即确定优化时域p 控制时域m 权矩阵q和r 权系数hi离线计算f dt 工程设计与实施 在线计算得到控制量u k 仿真调优对时滞对象的dmc控制设纯滞后为l个采样周期 将优化时域p增加到p l 可推导出相当于无时滞时的dmc算法 工程设计与实施 常规控制设计dmc pid前馈
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