鲁棒模型预测控制

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

２００９年７月第１６卷第４期控制工程

ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｈｉｎａＪｕｌ．２００９

Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．４

文章编号：１６７１７８４８（２００９）０４０４１２０４

鲁棒性多变量预测控制技术的研究和应用

张少罡

（北京化工大学信息科学技术学院，北京　１１００２９

）

摘　　　要：针对时变性强、强耦合和大时滞等过程控制问题，介绍多变量预测控制的一种应用鲁棒性多变量预测控制技术（ＲＭＰＣＴ）的特点及其模型算法，并且论述了预测控制在系统辨识的方面的应用；同时，对软测量仪表的计算误差进行了分析，并根据不同的原因建立了相应的校正模型。用先进控制可以极大地提高石油化工装置的技术水平和经济效益。而作为先进控制核心的系统辨识问题已成为控制系统研究的热点问题。关　键　词：多变量预测控制技术；系统辨识；误差中图分类号：ＴＰ２７　　　　　　文献标识码：Ａ

ＲｅｓｅａｒｃｈｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＲｏｂｕｓｔＭｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ

ＺＨＡＮＧＳｈａｏｇａｎｇ

（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊ

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

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

本科毕业论文 题目： 一类随机时滞系统的鲁棒控制和仿真

学 院: 专 业: 学 号: 学生姓名:

理学院 信息与计算科学 200707119030

黄浩

指导教师: 余胜春 陈贵词 日 期:

二〇一一年六月

武汉科技大学本科毕业设计

摘 要

时滞的存在不仅会导致系统的不稳定性或降低系统的性能，而且给控制器的设计带来了很大的困难。采用鲁棒H?控制可以在保持系统稳定性前提下有效地克服随机干扰给系统带来的影响,而针对随机时滞系统，同样可以利用H?控制理论对其进行控制器设计。

本文运用It?随机微分公式、 Lyapunov函数、Schur补引理及线性矩阵不等式等知识证明了关于随机时滞系统内部稳定和外部稳定的两个定理，设计出了使随机时滞系统满足内部随机稳定和外部随机稳定的状态反馈控制器。并且给出了二自由度机械手的应用实例，通过模型建立，得出相关参数，然后进行控制器设计，最后得出了仿真图，说明了方法的有效性和结论的正确性。

本文在随机时滞系统上作了较深入的探讨，简单讲解了随机时滞系统的控制器设计和仿真,对时滞系统的容错控制问题的研究具有理论意义和实际价值,也为随机时滞系统的鲁棒控制和仿真提供了一种设计思路。

智能控制matlab应用

第三篇 模型预测控制 及其MATLAB实现 实现 及其

智能控制matlab应用

第7章 预测控制理论7.1 动态矩阵控制理论 7.2 广义预测控制理论 7.3 预测控制理论分析

智能控制matlab应用

模型预测控制(Model Predictive Control:MPC) 是20世纪80年代初开始发展起来的一类新型计算机控 制算法。该算法直接产生于工业过程控制的实际应用， 并在与工业应用的紧密结合中不断完善和成熟。模型 预测控制算法由于采用了多步预测、滚动优化和反馈 校正等控制策略，因而具有控制效果好、鲁棒性强、 对模型精确性要求不高的优点。

智能控制matlab应用

实际中大量的工业生产过程都具有非线性、不 确定性和时变的特点，要建立精确的解析模型十分 困难，所以经典控制方法如PID控制以及现代控制 理论都难以获得良好的控制效果。而模型预测控制 具有的优点决定了该方法能够有效地用于复杂工业 过程的控制，并且已在石油、化工、冶金、机械等 工业部门的过程控制系统中得到了成功的应用。

智能控制matlab应用

目前提出的模型预测控制算法主要有基于非参数 模型的模型算法控制(MAC)和动态 矩阵控制( DMC),以及基于参数模型的广义

智能控制matlab应用

第三篇 模型预测控制 及其MATLAB实现 实现 及其

智能控制matlab应用

第7章 预测控制理论7.1 动态矩阵控制理论 7.2 广义预测控制理论 7.3 预测控制理论分析

智能控制matlab应用

模型预测控制(Model Predictive Control:MPC) 是20世纪80年代初开始发展起来的一类新型计算机控 制算法。该算法直接产生于工业过程控制的实际应用， 并在与工业应用的紧密结合中不断完善和成熟。模型 预测控制算法由于采用了多步预测、滚动优化和反馈 校正等控制策略，因而具有控制效果好、鲁棒性强、 对模型精确性要求不高的优点。

智能控制matlab应用

实际中大量的工业生产过程都具有非线性、不 确定性和时变的特点，要建立精确的解析模型十分 困难，所以经典控制方法如PID控制以及现代控制 理论都难以获得良好的控制效果。而模型预测控制 具有的优点决定了该方法能够有效地用于复杂工业 过程的控制，并且已在石油、化工、冶金、机械等 工业部门的过程控制系统中得到了成功的应用。

智能控制matlab应用

目前提出的模型预测控制算法主要有基于非参数 模型的模型算法控制(MAC)和动态 矩阵控制( DMC),以及基于参数模型的广义

鲁棒图与需求分析

1. 前言

我们在软件开发过程中往往会在拿到需求规格说明书后不知道从何下手，下一步应该怎么做。有的人直接就出一个数据库设计文档或数据物理模型文档就拿出来评审，但需求中的很多内容都被遗漏了。那我们都有哪些办法来从需求文档到需求设计的过渡呢？现在的软件界可使用的办法有很多，我今天要介绍的是鲁棒性分析方法。

2. 概念

首先我们介绍一下什么是鲁棒性分析，它都包含一些什么内容。

鲁棒图——是需求设计过程中使用的一种方法，叫着鲁棒性分析，通过鲁棒分析法可以让设计人员更清晰、全面了解需求。它通常使用在需求分析后及需求设计前做软件架构分析之用，它主要注重于功能需求的设计分析工作。需求规格说明书为其输入信息，软件架构为其输出信息。它是从功能需求向设计方案过渡的第一步，重点是识别组成软件系统的高级职责模块、规划模块之间的关系。

包含三种图形：边界对象、控制对象、实体对象。

边界对象——起与外界交互的作用，它只能与控制对象和执行者有关系

控制对象——对业务控制、流程控制的作用，它能与边界对象和实体对象有关系 实体对象——业务元素的存储对象，与领域模型中的对象有良好的关系。它只能与控制对象有关系

边界控制实体

3. 鲁棒图分析的特点

鲁棒图分析

华北电力大学（北京）

硕士学位论文

串级控制系统的鲁棒性分析与整定

姓名：卫剑梅

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：谭文

20051201

华北电力大学硕士论文摘要

摘要

本文应用鲁棒控制理论的结构奇异值定理对单回路反馈控制系统、串级控制系统进行鲁棒性分析，重点讨论了串级控制系统的鲁棒性与整定方法。提出了串级控制系统鲁棒尺度的概念。针对传统串级系统顺序整定法的不足，提出了一种新的整定方法，这一方法借助于鲁棒尺度图，可以对内外环单独进行整定，具有调节参数简单，较强的鲁棒性等特点。文章最后，针对过热汽温过程控制，进行了仿真，并与传统串级控制常用整定方法比较，说明此方法的有效性。

关键词：结构奇异值串级控制系统鲁棒性性能分析鲁棒尺度ＰＩＤ整定

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｃａｓｃａｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ．Ｍａｉｎｌｙａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｎｄｉｔｓｔｕｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｃａｓｃａｄｅｓｙｓｔｅｍ．Ａｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｉｓｄｅｆｉｎｅｄ，ａ

1、两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L。导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示．两根导体棒的质量皆为 m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计．在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B．设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行．开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度v0（见图）．若两导体棒在运动中始终不接触，求： （1）在运动中产生的焦耳热最多是多少． （2）当ab棒的速度变为初速度的3/4时，棒cd的加速度是多少？ B b d

L v 0 a c

[例3] 如图3所示，金属棒 在离地 高处从静止开始沿弧形轨道下滑，导轨水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平部分导轨上原来放有一个金属棒 。已知棒 的质量为 且与棒 的质量之比 放的电能是多少？

。

，水平导轨足够长，不计摩擦，求整个过程中回路释

图3

20.如图所示，电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上，两相同的金属导体棒a、b垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好，匀强磁场垂直穿过导轨平面。现用一平行于导轨的恒力F作用在a的中点，使其向上运动。若b始终保持静止，则它所受摩擦力可能

A．变为0