基于多椭圆集序列的鲁棒模型预测优化控制

在工业过程的模型预测控制中,离线算法和在线算法是基于线性矩阵不等式的鲁棒模型预测算法的两个部分,离线得到的椭圆集序列是在线算法的基础.为了得到合适的控制规律,使系统的响应快速稳定,离线时根据状态变量的每个一维子空间得到相应的多个椭圆集序列.在线时,每个采样周期根据当前测量的状态变量值,在多个椭圆集序列中选择一个合适椭圆集序列,确定状态变量位于其中的两个椭圆集之间,并用优化的方式精确定位状态变量的位置,并得到系统控制量,使在线优化得到了证明.通过和传统算法的仿真比较,验证了所提出算法对系统的响应更迅速.     

持续有界扰动系统的嵌套不变椭圆集鲁棒控制

为了抑制外部持续有界扰动和模型不确定性对系统稳定性控制的影响,通过不变集理论,采用嵌套不变椭圆集鲁棒控制算法实现系统的快速稳定控制。控制算法分为离线算法和在线算法两部分。离线时根据公式得到一维状态变量序列,通过线性矩阵不等式方法优化得到嵌套不变椭圆集。在线时,根据系统状态变量在嵌套不变椭圆集的位置,构建新的不变椭圆集并计算得到系统的控制律。给出新的不变椭圆集满足系统控制要求的理论证明。通过与不变单椭圆集控制算法进行仿真比较,结果验证了上述算法的有效性,为持续有界扰动下模型不确定性系统的稳定控制,提供一种有效的控制方法。     

基于终端凸集约束的新MPC控制器

针对一类离散系统,研究了带有终端约束凸集的MPC控制问题.通过离线设计一组椭圆不变集,并将其组合成一个终端约束凸集,其中凸集参数作为在线优化变量.在线运算时,根据实际的终端状态即时地选择合适的终端不变集,从而有效地扩大了系统的可行域.分别给出了设计MPC控制器的离线和在线算法,仿真实例说明了该方法的有效性.     

可变多胞体结构的鲁棒模型预测控制

针对一类具有输入输出约束的线性变参数系统,提出了一种可变多胞体结构的多面体不变集鲁棒模型预测控制算法,算法分为在线和离线两个部分。离线算法构建系统的未知但有界误差描述模型,根据状态的变化得到可变参数的多胞体结构,并转化为状态空间模型的多胞体形式,然后采用线性矩阵不等式的优化方式得到一系列离线嵌套多面体不变集。在线算法根据状态变量在嵌套多面体不变集中的位置,结合可变多胞体结构,通过线性插值的优化方式得到系统的实际控制律。给出算法的详细步骤和系统闭环稳定性证明。仿真结果验证了该算法的有效性,表明该算法使系统的闭环响应更为快速和稳定。     

基于Tube不变集的鲁棒模型预测控制北大核心CSCD

针对具有持续有界扰动的线性变参数系统,设计一种基于Tube不变集的鲁棒模型预测控制算法。离线算法结合系统多胞体模型参数变化的影响,构建系统的Tube不变集。在对应标称模型状态变量的多面体不变集算法基础上,得到系统的多面体状态允许不变集序列。在线算法通过强控制优化得到标称模型系统的控制量,以得到符合实际控制过程的系统控制量,给出本算法的详细步骤和系统稳定性证明。仿真结果验证了本算法的有效性,表明本算法将持续有界扰动对系统的影响限制在Tube不变集中,实现了系统的快速稳定控制。     

基于动态优化模型集的多模型自适应控制

针对多模型自适应控制的传统算法中固定模型集无法准确覆盖对象的不确定域的问题,提出了一种新型的能够在线动态优化模型集的方法。该方法能够在线自动添加、删除以及修改模型集中的模型,有效地控制模型数量以及优化模型集,使模型集对不确定域进行精确覆盖,并且在系统运行的稳定阶段可以停止优化模型集的动作,从而大幅减少计算量。该方法在优化控制性能的同时不会过分增加系统运算负担,仿真实验表明了此算法的优越性。     

变约束高效预测控制

为改善离线鲁棒预测控制算法的最优性引入了变终端约束集的思想,即在原离线方法基础上通过在线优化方法获得构建当前反馈矩阵的凸组合系数,然后再产生当前控制量.与原方法相比增加了在线求解的自由度,改善了系统的最优性.在此基础上,又提出了变约束预测控制(VC-MPC)算法,根据状态所处的不同稳定椭圆域确定其对应的控制约束,在取得...     

空调冷水二次泵压差模型不确定性的MFAC控制

中央空调冷水系统管路特性变化、设备老化等因素导致中央空调冷水系统二次泵压差模型具有不确定性,以致常规PID算法的调节性能变差,甚至在空调系统运行一段时间后出现不可控的现象;而无模型自适应控制(Model Free Adaptive Control,MFAC)是一种采用不依赖被控对象的具体数学模型的"泛模型"和一些"控制功能"的某种组合相结合的、具有参数自适应和结构自适应的控制方法;引入了无模型自适应控制算法,来改善中央空调冷水系统二次泵压差控制效果,确保系统的调节时间和超调量保持不变;仿真和实验结果表明:相对于PID控制,MFAC具有很强的鲁棒性和抗干扰能力及自适应能力,调节性能稳定,可以克服由于系统管路特性变化、设备老化等因素导致的中央空调冷水系统二次泵压差模型不确定性的情况,控制效果良好。     

基于容许集的变终端约束MPC控制

针对一类输入和状态受约束的离散线性系统,提出一种基于Ⅳ步容许集的变终端约束集模型预测控制方法.首先给出多面体不变集序列作为终端约束集的离线模型预测控制算法,扩大了终端约束集.为进一步扩大初始状态可镇定区域,引入N步容许集,设计了基于容许集的变终端约束集模型预测控制方法.该算法采用离线设计、在线优化方法,实现了系统渐近稳定,不仅降低了在线运算量,而且扩大了初始状态可镇定区域.仿真结果表明了算法的有效性.     

基于最小衰减率多面体不变集的鲁棒模型预测控制

针对一类具有输入输出约束的多胞体结构线性变参数系统,提出了一种基于最小衰减率多面体不变集的鲁棒模型预测控制算法,算法分为在线和离线两个部分.为增强系统控制效果,提高系统响应速度,离线算法首先采用寻求状态变量的最小衰减率的方法优化出一系列状态变量及相应的状态反馈控制律,然后构建出相应的多面体不变集序列;在线算法根据当前实测状态变量,在多面体不变集序列内确定状态变量所处的最小多面体不变集,通过在线优化得出系统的控制输入.给出了鲁棒模型预测控制算法的详细步骤和系统的闭环稳定性证明.仿真结果验证了本算法的有效性,表明本算法使系统的闭环响应更为快速和稳定.     

离线椭圆集的非线性模型预测控制算法研究

针对一类带有约束的非线性系统,提出一种非线性时间最优模型预测控制算法。这种方法首先基于Jacobian线性化将非线性进行线性化,能够推导一系列凸优化问题,而且产生的线性化误差在Lipschitz条件下确定上边界范围。然后采用双重模式策略,在离线情况下构造一系列椭圆集来描述[t]步可行区域,每个椭圆集的平衡点根据上一个椭圆来选取,最后再根据在线计算合适的输入使系统稳定。采用逐步倒退计算的方法能够确保迭代的可行性和稳定性,大大减少了计算负担。数值例子证明了算法的有效性。     

变流量空调水系统的控制研究

在研究了二次泵变水量系统中盘管的特性的基础上,通过专家PID控制算法的仿真,证明了该控制方案的可行性.实际工程验证了该控制方法可以在二次泵变水量系统的控制中应用,并取得较好的控制效果,具有较大的推广价值.     

Interval arithmetic techniques for the design of controllers for nonlinear dynamical systems with applications in mechatronics

In this paper, we give an overview of interval arithmetic techniques for both the offline and online verification of robust control strategies. Part 1 of the paper mainly addresses basic interval techniques focusing on offline applications while the focus of Part 2 is their online application. For offline applications, we aim at computing the sets of all admissible control strategies. Admissibility is defined in terms of constraints on, for example, the trajectories of the state variables, the range of control inputs, and the frequency response or eigenvalue regions of linear closed-loop control systems. In contrast to the offline application, the foremost requirement for online applications is the verification of the admissibility of at least one control strategy and to determine a suitable approximate solution to a control task which is both feasible and optimal in some specified sense. In addition to open-loop as well as closed-loop control, the problem of state and parameter estimation is addressed.     

基于制造执行系统的统计过程控制在质量管理上的应用

统计过程控制是现代质量管理中的一个重要工具,它能实现在线数据的实时监控与离线数据的统计分析,从而达到监控与改进产品质量的双重功效。而如何获取准确有效的实时数据又是SPC控制系统的重中之重,基于此条主线建立了基于MES(制造执行系统)的统计过程控制系统,并且研究了其在烟草制丝行业质量管理上的应用。     

Data-driven process decomposition and robust online distributed modelling for large-scale processes

With the increasing attention of networked control, system decomposition and distributed models show significant importance in the implementation of model-based control strategy. In this paper, a data-driven system decomposition and online distributed subsystem modelling algorithm was proposed for large-scale chemical processes. The key controlled variables are first partitioned by affinity propagation clustering algorithm into several clusters. Each cluster can be regarded as a subsystem. Then the inputs of each subsystem are selected by offline canonical correlation analysis between all process variables and its controlled variables. Process decomposition is then realised after the screening of input and output variables. When the system decomposition is finished, the online subsystem modelling can be carried out by recursively block-wise renewing the samples. The proposed algorithm was applied in the Tennessee Eastman process and the validity was verified.     

用S7-200 PLC实现Smith预估控制

经典控制论中,对纯滞后生产过程的控制一般采用Smith预估控制算法;Smith预估控制算法基于系统辨识,由辨识结果Gp(s)e-τs设计预估控制补偿器Gp(s)(1-e-τs);采用Padé算法的一阶近似式逼近e-τs,利用S7-200 PLC实现Gp(s)(1-e-τs);实践证明,控制效果优于分段PID的控制效果;对整个实现过程给予阐述。