一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法，包括以下步骤：对多输入多输出控制系统进行离线初始化；采用模型预测算法对系统进行在线分程控制。本发明专利技术在分程控制的各线性区间内根据各执行机构不同动作组合建立预测模型，每个控制周期内通过比较控制器的输出控制信号值与相应的中间阈值选择预测模型，利用动态矩阵控制算法计算出控制增量并施加到相应的执行机构执行动作。本发明专利技术解决了控制过程中存在分程控制需求时多变量预测控制器的设计问题，提高了预测控制器的适用范围。

A method of dividing control for multivariable model predictive control

The present invention relates to a multi variable model predictive control sub process control method, which comprises the following steps: off-line initialization of the multi input multi output control system; using model predictive algorithm of system online process control. The present invention in the linear range of split control according to the implementing agencies different action combination forecasting model is established for each control signal value and the middle threshold corresponding selection prediction model by comparing the output of controller cycle, using dynamic matrix control algorithm to calculate the control increment and applied to the corresponding execution action. The invention solves the design problem of a multivariable predictive controller in the presence of a split control demand in a control process, and improves the applicable range of a predictive controller.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法
本专利技术涉及一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法，属于过程工业控制领域。
技术介绍
分程控制是指：当使用一个执行机构不能满足过程控制的要求时,利用将控制信号范围分成若干小段以控制两个或两个以上的执行机构,每个执行机构在一段控制信号范围内起作用。分程控制可以扩大执行机构的可调范围，提高控制质量，解决生产过程中的一些特殊需求。现有的生产过程中，通常采用PID控制器实现具有单个分程控制功能的分程控制，当控制系统为多输入多输出且具有多个分程控制功能时，PID控制器效果不佳，这主要是由于PID不适用于解决相互耦合的多个控制回路的协调控制。用模型预测控制对含有分程控制功能的复杂过程进行控制时，由于分程控制包含有非线性特征，基于线性叠加原理的预测控制算法无法直接使用，基于此本专利技术提出了一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法，解决多输入多输出控制系统中具有多个分程控制功能的分程控制问题。
技术实现思路
针对在多输入多输出控制系统中具有多个分程控制功能的分程控制问题，本专利技术提出了一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法。本专本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法，其特征在于包括以下步骤：对多输入多输出控制系统进行离线初始化；采用模型预测算法对系统进行在线分程控制。

【技术特征摘要】
1.一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法，其特征在于包括以下步骤：对多输入多输出控制系统进行离线初始化；采用模型预测算法对系统进行在线分程控制。2.根据权利要求1所述一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法，其特征在于所述初始化包括参数设置、建立预测模型。3.根据权利要求2所述一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法，其特征在于，所述参数设置包括以下步骤：(1)多输入多输出控制系统具有m个执行机构，每个执行机构设定执行范围的上下限，每个执行机构对应1个控制输入变量，则控制系统具有m个控制输入变量；控制系统具有n个被控输出变量，表示为n维列向量：y＝[y1…yn]T；(2)控制系统设有k个分程控制，每个分程控制用于控制2个执行机构，在每个控制周期内仅对一个执行机构进行控制，另一个执行机构保持在设定的极限位置；(3)对控制输入变量进行排列，排列后的控制输入变量表示为m维列向量：u'＝[u1,0,u1,1…uk,0,uk,1,uk+1,0,…uk+1,m-2k-1]T控制输入变量对应的执行机构为：Act＝[Act1,0,Act1,1,…,Actk,0,Actk,1,Actk+1,0,…Actk+1,m-2k-1]T其中，控制输入变量u'的前k对中的第i对[ui,0,ui,1]T，i＝1,…,k，表示控制系统中第i个分程控制对应的两个互斥控制输入变量，即在每个控制周期内仅有一个控制输入具有控制作用，另一个控制输入变量保持不变；控制输入变量u'中的后m-2k个变量[uk+1,0,…uk+1,m-2k-1]T为不具备分程控制的独立变量，在每个控制周期都具有控制作用；(4)设置k维变量q＝(q1,q2,…,qk)，其中qi为二值变量，即：qi＝0,1i＝1,…,k(5)控制输入变量u'的前k对中的每对控制输入变量[ui,0,ui,1]T，i＝1,…,k，对应设置一个变量ui及一个中间阈值u_si，ui对应的上、下限分别为通过变量ui分段分别使控制输入变量ui,0或ui,1起作用，进而分段分别控制执行机构Acti,0或Acti,1动作，具体为：当时，令qi＝0，ui,0＝ui，控制输入变量ui,0起作用，使执行机构Acti,0动作，执行机构Acti,1保持不动；当时，令qi＝1，ui,1＝ui，控制输入变量ui,1起作用，使执行机构Acti,1动作，执行机构Acti,0保持不动；(6)通过引入变量ui，将控制系统转化为具有m-k个控制输入变量，n个被控输出变量的控制系统，控制输入变量表示为u＝[u1,u2…uk,uk+1,…um-k]T，其中控制输入变量u的后m-2k个元素为控制输入变量u'的后m-2k个元素，即，[uk+1,…,um-k]T＝[uk+1,0,…uk+1,m-2k-1]T；模型预测控制的控制步长为M、预测步长为P、模型长度为N。4.根据权利要求2所述一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法，其特征在于所述建立预测模型具体为：第j个预测模型Mdlj对被控输出进行预测的表达式为：其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：邹涛，于海斌，孙浩杰，张鑫，庞强，李永民，王景扬，郑东梁，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