基于离线优化/在线查表方式的双层结构预测控制方法技术

本发明专利技术涉及基于离线优化/在线查表方式的双层结构预测控制方法，包括以下步骤：稳态优化层对目标函数进行优化得到控制变量和输出变量的稳态优化值，输出至动态控制层；动态控制层将稳态优化层的稳态优化值作为设定点，通过模型预测控制得到控制输入值，发送至基础控制层用于控制被控对象。本发明专利技术降低了双层结构预测控制系统计算复杂度、提高控制实时性、解决稳态优化无解问题、有效消除扰动对稳态优化的干扰。

Double layer structure predictive control method based on off-line optimization / online look-up table

The invention relates to a double-layer structure online / offline optimization table look-up way based on predictive control method, which comprises the following steps: steady state optimization layer to optimize the objective function to get steady state optimization control variables and the output variables, output to the dynamic control layer; dynamic control layer optimization will be a steady state optimization layer value as the set point, through model predictive control can control the input value, sent to the basic control layer for controlled object. The invention reduces the computational complexity of the double-layer structure predictive control system, improves the real-time control performance, solves the problem of steady-state optimization without solution, and effectively eliminates the disturbance disturbance to the steady-state optimization.

【技术实现步骤摘要】
基于离线优化/在线查表方式的双层结构预测控制方法
本专利技术涉及一种基于离线优化/在线查表方式的稳态优化的双层结构预测控制方法，属于过程工业控制领域。
技术介绍
随着当前激烈的市场竞争和人类科学技术的发展，工业过程越来越复杂，传统的经典控制方法很难满足大延时、强时变和非线性等特性的过程，因此，在降低能耗、节约资源和包含环境的前提下，一种能够适应复杂工业过程，并且能够保证产品高质量、高价值的控制方法成为控制领域的研究热点。由于预测控制能够有效地处理多变量、约束和纯滞后，在航空、航天、环境、石油、化工等领域得到了广泛的应用。目前应用广泛的预测控制系统采用双层结构，包括稳态优化层和动态控制层两个部分。稳态优化层用于计算稳态控制输入、状态或被控输出的期望目标值，并以此作为动态控制层的设定值。虽然采用此结构的控制系统能够取得良好的经济效益，减少过程变量的波动，实现卡边控制，但由于通常稳态目标层和动态控制层采用相同的计算周期，即在每一个采样周期，需在线进行稳态目标计算和动态控制，导致双层结构预测控制实施计算量大、计算时间长，严重制约了其在高实时性领域的应用。目前尚无针对双层结构预测控制的计算复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于离线优化/在线查表方式的双层结构预测控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)稳态优化层对目标函数进行优化得到控制变量和输出变量的稳态优化值，输出至动态控制层；(2)动态控制层将稳态优化层的稳态优化值作为设定点，通过模型预测控制得到控制输入值，发送至基础控制层用于控制被控对象。

【技术特征摘要】
1.基于离线优化/在线查表方式的双层结构预测控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)稳态优化层对目标函数进行优化得到控制变量和输出变量的稳态优化值，输出至动态控制层；(2)动态控制层将稳态优化层的稳态优化值作为设定点，通过模型预测控制得到控制输入值，发送至基础控制层用于控制被控对象。2.根据权利要求1所述的基于离线优化/在线查表方式的双层结构预测控制方法，其特征在于所述对目标函数进行优化得到控制变量和输出变量的稳态优化值包括以下步骤：步骤S1，生成目标函数并形成线性规划问题；步骤S2，通过离线求解线性规划问题，建立离线数据表；步骤S3，通过在线查找离线数据表获取下一时刻的稳态优化值。3.根据权利要求1所述的基于离线优化/在线查表方式的双层结构预测控制系统，其特征在于所述生成目标函数并形成线性规划问题具体为由下式构成关于变量uss(k)、yss(k)、Δfss(k)、e(k)的线性规划问题：线性规划问题的目标函数：或线性规划问题的约束条件：Δyss(k)＝GuΔuss(k)+GfΔfss(k)+e(k)uLL≤uss(k)+Δuss(k)≤uHH(1c)yLL≤yss(k)+Δyss(k)≤yHHΔuLL≤Δuss(k)≤ΔuHH其中，u∈U∈Rm,y∈Y∈Rn分别代表被控过程的控制输入和被控输出；Δyss(k)＝yss(k+1)-yss(k)，Δuss(k)＝uss(k+1)-uss(k)分别为k时刻被控输出稳态值的增量和控制输入稳态值的增量，uss(k)和yss(k)为k时刻控制输入稳态值和被控输出稳态值；αT＝[α1,α2,…αm]和βT＝[β1,β2,…βn]分别表示控制输入稳态变量和被控输出稳态变量的代价系数；CT＝[c1,c2,…cm]为由α和β线性组合构成的代价系数向量；扰动输入增量为Δfss(k)＝fss(k)-fss(k-1)，fss(k)为k时刻扰动输入；Gu，Gf为稳态增益矩阵；e(k)为k时刻稳态误差修正量，uLL,uHH,yLL,yHH和ΔuLL,ΔuHH分别为理想控制输入变量的上下限，理想被控输出变量的上下限和理想控制输入变量增量的上下限。4.根据权利要求1所述的基于离线优化/在线查表方式的双层结构预测控制方法，其特征在于所述通过离线求解线性规划问题，建立离线数据表包括以下步骤：步骤S21，分别将控制输入稳态值uss(k)、被控输出稳态值yss(k)、扰动输入增量Δfss(k)、稳态偏差e(k)进行变量分段，分别分为m-1、n-1、p-1、q-1段，则相应的离散取值点如下：ui＝uLL+i×(uHH-uLL)/m(i＝0,1,…,m)yj＝yLL+j×(yHH-yLL)/n(j＝0,1,…,n)Δfk＝ΔfLL+k×(ΔfHH-ΔfLL)/p(k＝0,1,…,p)(2)el＝eLL+l×(eHH-eLL)/q(l＝0,1,…,q)其中，uHH、uLL分别为理想控制输入变量的上下限，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹涛，郑洪宇，张鑫，李永民，庞强，王景扬，郑东梁，曹宇，魏来星，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21