基于間隙度量的非線性系統(tǒng)多模型預(yù)測(cè)控制.pdf

1、實(shí)際工業(yè)過(guò)程大多具有強(qiáng)非線性、工況范圍廣和硬約束等特點(diǎn),對(duì)于這類系統(tǒng),單個(gè)線性控制器往往得不到滿意的控制效果。多模型預(yù)測(cè)控制(Multi-model Predictive Control,MMPC)方法基于“分解-合成”思想,將預(yù)測(cè)控制與多模型思想結(jié)合起來(lái),既具有預(yù)測(cè)控制方便處理約束、魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),又不失多模型策略設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易實(shí)施的優(yōu)勢(shì),是處理強(qiáng)非線性系統(tǒng)大工況變化的有效方法。但是如何建立一個(gè)能在工況范圍內(nèi)近似原非線性系統(tǒng)的線性模型集

2、,并保證各子預(yù)測(cè)控制器之間切換的穩(wěn)定性,一直是多模型預(yù)測(cè)控制設(shè)計(jì)方法的難點(diǎn)和關(guān)鍵。此外,由于多模型預(yù)測(cè)控制采用預(yù)測(cè)控制滾動(dòng)優(yōu)化的策略,較大的在線計(jì)算量限制了其在快時(shí)變系統(tǒng)或優(yōu)化變量較多的高維系統(tǒng)中的應(yīng)用。如何設(shè)計(jì)在線計(jì)算量小的多模型預(yù)測(cè)控制算法以滿足控制對(duì)象實(shí)時(shí)性要求也是亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。
　　本文針對(duì)上述問(wèn)題,從預(yù)測(cè)控制基本算法出發(fā),以間隙度量理論為依托,提出了基于間隙度量的多模型預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容包括:
　　

3、首先,針對(duì)在全局范圍內(nèi)用線性模型集近似非線性系統(tǒng)的問(wèn)題,提出了基于間隙度量的線性模型集選擇算法。利用間隙度量可以表征兩個(gè)線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性差異的性質(zhì),用以估計(jì)某一平衡點(diǎn)處的線性模型近似原非線性系統(tǒng)的鄰域范圍,進(jìn)而可以對(duì)整個(gè)工況范圍進(jìn)行分解,最終得到完備、非冗余的線性模型集。
　　考慮如何保證子預(yù)測(cè)控制器間切換穩(wěn)定性的問(wèn)題,提出了保穩(wěn)定性切換的多模型預(yù)測(cè)控制策略。在每個(gè)子工況范圍內(nèi),采用無(wú)窮時(shí)域預(yù)測(cè)控制算法設(shè)計(jì)子控制器。通過(guò)估計(jì)局部預(yù)

4、測(cè)控制器的橢圓穩(wěn)定域,設(shè)計(jì)了子控制器切換規(guī)則,保證切換的穩(wěn)定性。為進(jìn)一步提升控制性能,又對(duì)上述控制器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了改進(jìn),利用多面體不變集將局部控制器設(shè)計(jì)為常反饋控制和預(yù)測(cè)控制相結(jié)合的切換控制,數(shù)值仿真結(jié)果顯示了其在控制性能提升上的有效性。
　　針對(duì)一類對(duì)實(shí)時(shí)性有要求的非線性系統(tǒng)大工況范圍變化問(wèn)題,采用“離線設(shè)計(jì),在線綜合”思想,提出了離線的多模型預(yù)測(cè)控制算法。在間隙度量劃分操作區(qū)間的基礎(chǔ)上,將局部預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)為其離線形式,即將在