混合邏輯動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制設(shè)計(jì).pdf

1、計(jì)算機(jī)控制的實(shí)時(shí)系統(tǒng)本質(zhì)上屬于過(guò)程連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和離散計(jì)算處理并存的混雜系統(tǒng).更為一般的是由連續(xù)時(shí)間子系統(tǒng)和離散事件(DES)子系統(tǒng)構(gòu)成的一類復(fù)雜系統(tǒng).在過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng),反饋控制和安全聯(lián)鎖保護(hù)是各類工業(yè)自動(dòng)化裝置的主要功能,在經(jīng)典描述中它們有不相關(guān)的語(yǔ)言和方法.當(dāng)把它們放在一個(gè)框架下統(tǒng)一表述時(shí),直接導(dǎo)致了近年來(lái)關(guān)于混合邏輯動(dòng)態(tài)(MLD)系統(tǒng)的建立和發(fā)展.MLD系統(tǒng)屬于一類相對(duì)簡(jiǎn)單但能涵蓋大多數(shù)過(guò)程自動(dòng)化行為的混雜系統(tǒng),數(shù)學(xué)規(guī)劃中混合整數(shù)線性規(guī)劃

2、(MILP)和混合整數(shù)二次規(guī)劃(MIQP)的研究成果為這類系統(tǒng)的求解提供了理論和數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ).MLD系統(tǒng)作為一種嶄新的體系結(jié)構(gòu),在穩(wěn)定性分析、狀態(tài)觀測(cè)和參數(shù)估計(jì)、最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)、故障診斷等方向上有許多問(wèn)題需要解決.該文研究的是MLD系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制問(wèn)題.傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制由模型預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化和閉環(huán)校正三個(gè)要素組成,最顯著的優(yōu)點(diǎn)在于處理各類約束條件的能力.而且由于模型和約束條件集合分開(kāi)描述,其最優(yōu)控制問(wèn)題的構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單,魯棒性和參數(shù)調(diào)整等

3、實(shí)施問(wèn)題也有一些規(guī)則可參考.MLD系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制要復(fù)雜得多,例如穩(wěn)定性分析.由于連續(xù)變量和離散狀態(tài)(0-1)共存于一個(gè)模型中,首先需要把各類常規(guī)的邏輯條件或特殊的多模型(分段線性)轉(zhuǎn)換成MLD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式,其次是MLD系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制三要素的自動(dòng)構(gòu)造.由于一些調(diào)整參數(shù)例如平衡點(diǎn)或參考軌跡已經(jīng)混含在MLD系統(tǒng)描述中,參數(shù)整定和調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)混合整數(shù)規(guī)劃解題器時(shí)的矩陣計(jì)算問(wèn)題需要系統(tǒng)的解決方法.該文首先給出了MLD系統(tǒng)的描述方法,主要包括用邏輯命題

4、的形式表示系統(tǒng)各變量之間的內(nèi)在關(guān)系,然后轉(zhuǎn)換成具有連續(xù)變量和離散變量的線性整數(shù)等式和不等式.其次研究了MLD系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制構(gòu)造問(wèn)題,設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)化的接口程序,用于一般MLD系統(tǒng)實(shí)施預(yù)測(cè)控制時(shí)自動(dòng)調(diào)用混合整數(shù)規(guī)劃解題器.最后針對(duì)兩個(gè)典型實(shí)例,即分段線性系統(tǒng)和三槽水位系統(tǒng)(前者具有連續(xù)和離散的特征,后者是MLD系統(tǒng)的Benchmark問(wèn)題),設(shè)計(jì)了它們的預(yù)測(cè)控制,并通過(guò)仿真演示了基于MLD系統(tǒng)描述方法的預(yù)測(cè)控制效果,以及一些控制參數(shù)整定的結(jié)果