非线性模型预测控制

第四章模型预测控制

内容要点1预测控制的发展 2预测控制的基本原理 3模型算法控制(MAC) 4动态矩阵控制(DMC) 5状态反馈预测控制(SFPC)

6多变量协调预测控制

第一节预测控制的发展

现代控制理论的发展与特点

特点 状态空间分析法 最优性能指标设计

应用 航天、航空等军事领域

要求 精确的数学模型

第一节预测控制的发展

工业过程的特点

多变量高维复杂系统难以建立精确的数学模型工业过程的结构、参数以及环境具有不确定性、时变性、非线性，最优控制难以实现基于模型的控制，但对模型的要求不高

预测控制的产生

采用滚动优化策略，以局部优化取代全局最优利用实测信息反馈校正，增强控制的鲁棒性

第一节预测控制的发展1978年，Richalet、Mehra提出了基于脉冲响应的模型预测启发控制(Model Predictive Heuristic Control, MPHC),后转化为模型算法控制(Model Algorithmic Control,MAC)

1979年，Cutler提出了基于阶跃响应的动态矩阵控制 (Dynamic Matrix Control,DMC)1987年，Clarke提出了基于时间序列模型和在线辨识的广义预测控制(Generalized

数值计算或是参数优化

　《预测》1997年第1期　

理论与方法研究 　

Ξ

(河海大学　210098)　(摘　要　。

关键词　1　引言

;任意实常数q为1时即为最小乘准则,为2时为最小二乘准则,等等,视实际预测要求而定。

加速基因算法包括如下8步。

步1:模型参数变化空间的离散和二进制编码。设编码长度为l,把模型每个参数的变化区间等分成2l-1个子区间,于是模型参数变化空间被离散成(2l)p个

非线性预测模型参数优化(估计)的传统方法存在两方面的不足,一是对模型结构(如可线性化、可微)作了限定[1,2],二是方法受参数优化准则形式制约

(如目标规划法、预松驰算法)[3],而对实际预测环境、

参数格网点。GA中称每个格网点为个体,它对应模型

p个参数的一种可能取值状态,并用p个l二进制数表

示。这样,模型p个参数的取值状态、格网点、p个二进制数建立了一一对应关系。算法的模型参数优化工作将主要对这些二进制数进行操作运算。

步2:初始父代个体群的随机生成。从上述(2l)p个格网点中均匀随机选取n个点作为初始父代个体群。

步3:父代个体的适应能力评价。把第i个个体代入式(1)得相应的优化准则值fi,fi越小则该个体的适应能力越强。

步4:父代个体的概率选择。把已有父代个体按优

数值计算或是参数优化

　《预测》1997年第1期　

理论与方法研究 　

Ξ

(河海大学　210098)　(摘　要　。

关键词　1　引言

;任意实常数q为1时即为最小乘准则,为2时为最小二乘准则,等等,视实际预测要求而定。

加速基因算法包括如下8步。

步1:模型参数变化空间的离散和二进制编码。设编码长度为l,把模型每个参数的变化区间等分成2l-1个子区间,于是模型参数变化空间被离散成(2l)p个

非线性预测模型参数优化(估计)的传统方法存在两方面的不足,一是对模型结构(如可线性化、可微)作了限定[1,2],二是方法受参数优化准则形式制约

(如目标规划法、预松驰算法)[3],而对实际预测环境、

参数格网点。GA中称每个格网点为个体,它对应模型

p个参数的一种可能取值状态,并用p个l二进制数表

示。这样,模型p个参数的取值状态、格网点、p个二进制数建立了一一对应关系。算法的模型参数优化工作将主要对这些二进制数进行操作运算。

步2:初始父代个体群的随机生成。从上述(2l)p个格网点中均匀随机选取n个点作为初始父代个体群。

步3:父代个体的适应能力评价。把第i个个体代入式(1)得相应的优化准则值fi,fi越小则该个体的适应能力越强。

步4:父代个体的概率选择。把已有父代个体按优

预测控制

1 前言

自从1946年第一台计算机问世以来,计算机软、硬件技术得到飞速发展。这些技术的发展,使计算机在工业控制的应用中得到了普及的同时,也推动了高级过程控制、人工智能控制等复杂工业控制算法、策略的诞生、发展和完善。首先将计算机直接应用于过程控制系统的思想产生于20世纪50年代前后。当时由美国汤姆森·拉默·伍尔里奇航空公司和得克萨柯公司的工程师们对美国得克萨斯州的波特·阿瑟炼油厂的一台聚合装置,将计算机直接应用于工业控制的可行性问题展开了30年工程量的研究。最终这个计算机控制装置于1959-03在线运行,用来控制26个流量、72个温度、3个压力和3个成分,其基本功能是使反应器的压力最小,确定5个反应器供料的最佳分配,根据催化剂活性测量结果来控制热水的流量,以确定最佳循环。在过程计算机控制发展领域,值得一提的是预测控制技术的发展。预测控制诞生于20世纪60年代,经过20多年的发展与应用,从线性时不变预测控制发展出应用于非线性、时变系统的多种新的预测控制技术,成为控制工程界研究的一个热点。

2 模型预测控制(MPC)技术

术语“模型预测控制”描述的是使用显示过程模型来控制对象未来行为的一类计算机算法。就一般意义而言,预测控制

非线性控制系统研究

一、实验课题：

非线性控制系统研究：选电站锅炉气温PID控制系统如图1所示，加入非线性模块，如传感器死区、执行器限幅和间隙等，研究非线性参数变化后对系统的影响。

图1、锅炉气温PID控制系统

二、实验目的

（1）学会利用Matlab中simulink平台搭建非线性系统的方框图图。 （2）根据改变不同非线性模块的参数来观察研究对系统性能的影响。

三、实验理论分析

在实际中，几乎所有的控制系统中都存在非线性元件，或者是部件中含有非线性。在一些系统中，人们甚至还有目的地应用非线性部件来改善系统性能。

自动控制系统的非线性特性，主要是由受控对象、检测传感元件、执行机构、调节机构和各种放大器等部件的非线性特性所造成的。在一个控制系统中，只有包含有一个非线性元件，就构成了非线性控制系统。在自动控制系统中经常遇到的典型非线性特性有饱和特性、死区（即不灵敏区）特性、间隙特性、摩擦（即阻尼）特性、继电器特性和滞环特性等。这些非线性特性一般都会对控制系统的正常工作带来不利的影响。但是，在有些情况

1.4.1 闭环控制系统

例1.4还可以说明另一个方面的问题，如果我们仔细地检查这个例子就会发现给定一个时间ki，最优参数ΔU可以通过下式求解：

ΔU??T??R?1?????1TRs??TFx?ki?

?其中??T??R??TRs为设定量变化，??T??R?TF为在预测控制框架下的状态

?1??反馈控制。两项都依赖与系统参数，因此时不变系统的常数矩阵，由于要遵循滚动时域控制原则，我们只选取ΔU在时间ki时的第一部分作为增量控制，因此，

Nc?????Δu?ki??10?0?T??R?????1TRsr?ki???TFx?ki???1.29??Kyr?ki??Kmpcx?ki?,

其中ky是第一部分的????R??T?1TR，Kmpc是第一行里的????R?T?1s?TF。

【17页】

式（1.29）是线性是不变状态反馈的一个标准形式。状态反馈增量为Kmpc。因此，由广义设计模型：

x?k?1??Ax?k??BΔu?k?

将式（1.29）代入广义系统模型里就可以得到闭环系统；将ki换成k导出闭环等式如下：

x?k?1??Ax?k??BKyr?k???A?BKmpc?x?k??BKyr?k??1.30??1.31?

这样，闭环系统的特征值

实验三 可化为线性的非线性回归模型估计、受约束回归检验

一、实验目的：

（1） 掌握可化为线性的的非线性回归模型的估计方法 （2） 掌握Chow检验的基本原理和主要用途

（3） 掌握Chow分割点检验和Chow预测检验的操作过程，判断分割点。 二、实验要求

做可化为线性的非线性回归模型估计，掌握Chow稳定性检验 三、实验原理

普通最小二乘法、模型参数线性受约束检验法、Chow检验法 四、预备知识

普通最小二乘法原理、t检验、F检验、Chow检验 五、实验步骤

13..建立工作文件并录入全部数据

1．设定并估计可化为线性的非线性回归模型 ln(y) = c + aln(k) + bln(l) +u eviews结果

根据数据得到模型的估计结果为：

Ln（y）=1.153994 + 0.609236 ln（k） + 0.360796 ln（l） (1.586004) (3.454149) (1.789741)

R^R=0.809925 R_^R_=0.796348 D.W.=0.793209 e1^e1+…+ei^ei=5.070303 F=59.65501 df=

随机干扰项的方差估计值为：6=5.0703

ANSYS非线形分析指南 几何非线形分析

几何非线性分析

随着位移增长，一个有限单元已移动的坐标可以以多种方式改变结构的刚度。一般来说这类问题总是是非线性的，需要进行迭代获得一个有效的解。 大应变效应

一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。当一个单元的结点经历位移后，那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变变。首先，如果这个单元的形状改变，它的单元刚度将改变。（看图2─1(a)）。其次，如果这个单元的取向改变，它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变。（看图2─1（b)）。小的变形和小的应变分析假定位移小到 足够使所得到的刚度改变无足轻重。这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移。（什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级。

相反，大应变分析说明由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。因为刚度受位移影响，且反之亦然，所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。通过发出NLGEOM，ON（GUI路径Main Menu>Solutio

开关电源

第３１卷第２期

２０１０年３月

吉首大学学报（自然科学版）

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｓｈｏｕ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ

Ｖ０１．３１

Ｅｄｉｔｉｏｎ）

Ｎｏ．２

Ｍａｒ．２０１０

文章编号：１００７—２９８５（２０１０）０２—００７２—０３

一种非线性控制方法的ＰＦＣ技术

荣

军１，李一呜２

（１．湖南理工学院信息与通信工程学院，湖南岳阳４１４００６；２．湖南理工学院计算机学院，湖南岳阳４１４００６）

摘要：区别于传统的单相功率因数校正电路采用的控制芯片，一种新的连续导通模式（ＣＣＭ）的非线性功率因数校正控制芯片ＩＣＥＩＰＣＳ０１被采用，设计了一种全新的单相功率因数控制电路．与传统的ＰＦＣ解决方案比较，这种新的集成芯片

（Ｉｃ）无需直接来自交流电源的正弦波参考信号．该芯片采用了电流平均值控制方法，使得功率因数可以达到１．在保证了功率因数和谐波分量达到要求的前提下，大大降低了ＰＦＣ变换器的设计成本，在中小功率场合下低成本的ＰＦＣ电路中有广阔的应用前景，也为功率因数校正提供了一个新的思路．

关键词：功率因数校正；ＩＣＥｌＰＣＳＯｌ；控制电路中图分类号：ＴＮ８６

文献标识码：Ａ

传统的用于电子设备前端的二极管整流器，因为导致电源线的脉冲电流，从而干扰电

开关电源

第３１卷第２期

２０１０年３月

吉首大学学报（自然科学版）

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｓｈｏｕ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ

Ｖ０１．３１

Ｅｄｉｔｉｏｎ）

Ｎｏ．２

Ｍａｒ．２０１０

文章编号：１００７—２９８５（２０１０）０２—００７２—０３

一种非线性控制方法的ＰＦＣ技术

荣

军１，李一呜２

（１．湖南理工学院信息与通信工程学院，湖南岳阳４１４００６；２．湖南理工学院计算机学院，湖南岳阳４１４００６）

摘要：区别于传统的单相功率因数校正电路采用的控制芯片，一种新的连续导通模式（ＣＣＭ）的非线性功率因数校正控制芯片ＩＣＥＩＰＣＳ０１被采用，设计了一种全新的单相功率因数控制电路．与传统的ＰＦＣ解决方案比较，这种新的集成芯片

（Ｉｃ）无需直接来自交流电源的正弦波参考信号．该芯片采用了电流平均值控制方法，使得功率因数可以达到１．在保证了功率因数和谐波分量达到要求的前提下，大大降低了ＰＦＣ变换器的设计成本，在中小功率场合下低成本的ＰＦＣ电路中有广阔的应用前景，也为功率因数校正提供了一个新的思路．

关键词：功率因数校正；ＩＣＥｌＰＣＳＯｌ；控制电路中图分类号：ＴＮ８６

文献标识码：Ａ

传统的用于电子设备前端的二极管整流器，因为导致电源线的脉冲电流，从而干扰电