【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式模型预测控制领域,特别是涉及一种基于层次分解的分布式模型预测控制方法,其特点是保证系统稳定性的同时,大大减少传统协作式分布式模型预测控制方法所必需的通信负担。
技术介绍
1、分布式控制(Distributedcontrol)分布式控制是一种相对于集中控制的控制方式,控制对象由多个相互耦合子系统组成的,每个子系统由一个独立的控制器控制,控制器与控制器之间通过网络交换信息,并采用一定的协调策略达到某一共同的控制目标或整体性能。分布式控制一般应用于有如下特点的工业过程:由多个子系统组成,系统之间通过能量、质量相互耦合作用,系统模型复杂、约束多、目标多。例如城市交通系统、分布式能源系统、城市供水网络等。与集中式控制对比,分布式控制具有以下优势:1)对于空间分布分散、范围广的系统,集中控制难以实现;2)对于大型,有耦合系统的控制,如果采用集中控制,会受到计算速度和装置规模的限制;3)当一个或几个子系统出现故障时,集中式控制方式还会出现工作失效的情况,灵活性、容错性相对较弱。与分散式控制对比,分布式控制的控制性能更好。模型预测控制是一类通过利用对象模型,预测被控对象未来输出的优化控制方法。基本原理是利用过程模型预测系统在一定的控制作用下未来的动态行为,在此基础上根据给定的约束条件和性能要求滚动地求解最佳控制作用并实施当前控制,在滚动的每一步通过检测实时信息修正对未来动态行为 ...
【技术保护点】
一种基于层次分解的分布式模型预测控制方法,其特征在于:(1)对于一个包含m个子系统Si的分布式系统,i=1,…,m,i表示子系统的序数,m表示子系统的总数,根据通信网络结构获得分布式系统的邻接矩阵A;(2)由步骤(1)所得的邻接矩阵A,利用基于相邻矩阵的通路搜索法,将每个子系统划分成若干个连通集Φ;(3)将步骤(2)所得的连通集Φ,构建连通集的可达矩阵B,根据解释模型法中的层次分解方法确定每个连通集的层次;将同一层次的所有连通集合并为一个连通集,从而构建得到具有n个连通集串联结构的连通集集合Φh,h=1,…,n,h表示连通集的序数,n表示连通集的总数;(4)由步骤(3)构建得到不同层次的所有连通集集合Φh,在每个采样时刻求解其中每个子系统Si的最佳控制输入序列,进而对分布式系统进行预测控制。
【技术特征摘要】
1.一种基于层次分解的分布式模型预测控制方法,其特征在于:
(1)对于一个包含m个子系统Si的分布式系统,i=1,…,m,i表示子系统的序数,m表示子系统的总数,根据通信网络结构获得分布式系统的邻接矩阵A;
(2)由步骤(1)所得的邻接矩阵A,利用基于相邻矩阵的通路搜索法,将每个子系统划分成若干个连通集Φ;
(3)将步骤(2)所得的连通集Φ,构建连通集的可达矩阵B,根据解释模型法中的层次分解方法确定每个连通集的层次;
将同一层次的所有连通集合并为一个连通集,从而构建得到具有n个连通集串联结构的连通集集合Φh,h=1,…,n,h表示连通集的序数,n表示连通集的总数;
(4)由步骤(3)构建得到不同层次的所有连通集集合Φh,在每个采样时刻求解其中每个子系统Si的最佳控制输入序列,进而对分布式系统进行预测控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于层次分解的分布式模型预测控制方法,其特征在于:
所述步骤(4)在每个采样时刻求解其中每个子系统Si的最佳控制输入序列的计算过程包括状态更新,热启动和连通集顺序求解,具体为:
(4.1)状态更新:采用直接测量可测状态的方法或者引入状态观测器对分布式系统不可测的状态进行估计;
(4.2)热启动:对于每一采样时刻k,将上一采样时刻的子系统Si的最佳控制输入序列u*i(k-1)进行修正,修正后的控制输入序列作为采样时刻k迭代求解的初始输入序列(4.3)连通集顺序求解:具有n个连通集串联结构的连通集集合Φh(h=1,…,n)按照串联顺序,依次求解k时刻连通集集合的最佳控制输入序列U*h(k)。
3.根据权利要求1所述的一种基于层次分解的分布式模型预测控制方法,其特征在于:所述步骤(1)根据通信网络结构获得分布式系统的邻接矩阵A具体为:根据子系统间的耦合关系,用节点代表一个子系统,一条有向边代表两个子系统间的影响作用,将整个分布式系统转化为有向图,根据解释模型法(ISM)求出有向图的邻接矩阵A。
4.根据权利要求2所述的一种基于层次分解的分布式模型预测控制方法,其特征在于:对于子系统Si可以测量的状态,所述步骤(4.1)状态更新中,直接用传感器测量每个子系统Si的状态值,并对当前时刻该子系统Si的状态进行更新。
5.根据权利要求2所述的一种基于层次分解的分布式模型预测控制方法,其特征在于:对于子系统Si不可测的状态,所述步骤(4.1)状态更新中,引入状态观测器利用子系统Si的输入输出数据对状态进行测量获得观测值,然后采用观测值对当前时刻该子系统Si的状态进行更新。
6.根据权利要求2所述的一种基于层次分解的分布式模型预测控制方法,其特征在于:所述的步骤(4.2)热启动中,最佳控制输入序列u*i(k-1)采用以下方式进行修正:将第一位去除,其他位向左移一位,在末位补0。
7.根据权利要求2所述的一种基于层次分解的分布式模型预测...
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