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双层结构模型预测控制算法性能分析
引用本文:孙浩杰,邹涛,李丽娟.双层结构模型预测控制算法性能分析[J].控制理论与应用,2020,37(1):13-22.
作者姓名:孙浩杰  邹涛  李丽娟
作者单位:中国科学院沈阳自动化研究所 中国科学院网络化控制系统重点实验室,辽宁沈阳110016;中国科学院机器人与智能制造创新研究院,辽宁沈阳110016;中国科学院大学,北京100049;中国科学院沈阳自动化研究所 中国科学院网络化控制系统重点实验室,辽宁沈阳110016;中国科学院机器人与智能制造创新研究院,辽宁沈阳110016;南京工业大学电气工程与控制科学学院,江苏南京211816
基金项目:国家重点基础研究发展计划(2017YFB0603703);,国家自然科学基金(61773366,61533015,61873121);辽宁省博士启动基金(20180540066)
摘    要:双层结构模型预测控制是在常规模型预测控制的基础上集成了稳态目标计算层,所增加稳态目标计算层通过对给定外部目标进行调节或执行独立经济优化为底层动态控制提供设定值.本文着重于分析增加稳态目标计算层对常规模型预测控制策略在控制性能、经济性能、及鲁棒性方面的影响.阐明稳态目标计算是在动态不确定性下的最优决策过程,可实时考虑当前工况环境给出最佳设定值,使动态层控制量的计算更加合理,并可保证在动态控制层实现无静差控制;稳态目标计算层可利用包含目标跟踪和经济优化的性能指标,在保证跟踪控制要求的同时利用操作自由度进行经济性优化,有助于提高系统经济性能,此外由于操作自由度增加使得系统对于特定方向的扰动和通道失配具有更强的鲁棒性.最后通过实验仿真验证了所做分析的正确性.

关 键 词:双层结构  模型预测控制  控制性能  经济性能  鲁棒性
收稿时间:2018/8/22 0:00:00
修稿时间:2019/3/23 0:00:00

Performance analysis of double-layered model predictive control algorithm
SUN Hao-jie,ZOU Tao and LI Li-juan.Performance analysis of double-layered model predictive control algorithm[J].Control Theory & Applications,2020,37(1):13-22.
Authors:SUN Hao-jie  ZOU Tao and LI Li-juan
Affiliation:Shenyang Institute of Automation Chinese Academy of Sciences,Shenyang Institute of Automation Chinese Academy of Sciences,Nanjing Tech University
Abstract:Double-layered structure model predictive control strategy adopted by the current mainstream industrial process predictive control software (eg: DMCplus, RMPCT. et al), but lack of deep research in theoretical level. This paper focuses on the analysis of the effects on the control performance, economic performance and robustness of adding a steady-state target calculation layer on conventional single model predictive control strategies. It is clarified that the steady-state target calculation is the optimal decision under dynamic uncertainty, which can give the real-time optimal setting value under the current working condition and prove that the offset-free control can be realized under constant disturbance. In addition, the steady-state target calculation layer can make use of the degree of freedom to optimize the economy while ensuring the tracking control of important variables, which not only helps to improve the economic performance of the system, but also helps to make the system more robust to perturbations and channel mismatches in specific directions. Finally, the correctness of the analysis is verified by simulation.
Keywords:double-layered  model predictive control(MPC)  control performance  economic performance  robustness
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