模型预测控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开一种模型预测控制系统及其方法，模型预测控制系统包括模型仿真单元、监测单元及代理模型预测控制单元。模型仿真单元用于根据目标物的行为模型以及多个控制决策参数以仿真此目标物的动态行为，且对应产生多个实际状态参数。监测单元用于监测多个控制决策参数及多个实际状态参数，并产生多个估计状态参数。代理模型预测控制单元用于根据多个估计状态参数及多个目标参数执行近似的模型预测控制运算，以取代运算复杂度较高的模型预测控制运算。制运算。制运算。

【技术实现步骤摘要】
模型预测控制系统及其方法


[0001]本公开关于一种控制系统及控制方法，特别有关于一种用于预测并控制目标物的行为的模型预测控制系统及其方法。

技术介绍

[0002]模型预测控制机制根据目标物的动态行为建立目标物的动态模型，并根据动态模型以预测目标物的动态变化，而后借由最佳化算法计算控制决策输入值的最佳解，以使得目标物的行为能满足预定目标。
[0003]然而，模型预测控制机制的最佳化算法涉及维度较大的最佳化求解过程，当目标物的动态变化较快或目标物的动态模型较复杂时，最佳化算法将耗费大量运算时间而导致无法在有限时间的决策周期内完成最佳化求解，此将造成目标物的控制决策延迟而影响目标物的效能表现甚至引发意外事故。
[0004]因此，本
的相关产业的技术人员致力于改良模型预测控制机制，可于各种应用情境(例如金融交易，自驾车，无人机，工厂产线，等)中快速计算出适合于控制目标的控制决策输入值，而能够避免控制决策延迟；并且，改良的模型预测控制机制也可大幅减少运算量以降低硬件规格需求。

技术实现思路

[0005]本公开提供一种模型预测控制系统，包括模型仿真单元、监测单元及代理模型预测控制单元。模型仿真单元用于根据目标物的行为模型以及多个前状态的控制决策参数以仿真此目标物的动态行为，且对应产生多个实际状态参数。监测单元，用于监测多个前一状态的控制决策参数及多个实际状态参数，并根据多个前一状态的控制决策参数及多个实际状态参数产生多个估计状态参数。代理模型预测控制单元，用于根据多个估计状态参数及多个目标参数执行近似的模型预测控制运算，以得到多个目前状态的控制决策参数，并将多个目前状态的控制决策参数回传至此模型仿真单元。其中，此代理模型预测控制单元执行此近似的模型预测控制运算以取代运算复杂度较高的模型预测控制运算。
[0006]本公开也提供一种模型预测控制方法，包括以下步骤。建立目标物的行为模型。根据此目标物的此行为模型以及多个前状态的控制决策参数以仿真此目标物的动态行为。对应产生多个实际状态参数。监测多个前一状态的控制决策参数及多个实际状态参数。根据多个前一状态的控制决策参数及多个实际状态参数产生多个估计状态参数。设置代理模型预测控制单元。根据多个估计状态参数及多个目标参数借由此代理模型预测控制单元执行近似的模型预测控制运算，以取代运算复杂度较高的模型预测控制运算。以及，将多个目前状态的控制决策参数回传至此模型仿真单元。
附图说明
[0007]通过阅读以下图式、详细说明以及申请专利范围，可见本公开的其他方面以及优
点。
[0008]图1为本公开一实施例的模型预测控制系统的方块图。
[0009]图2为本公开的模型预测控制系统应用于自驾车的实施例的示意图。
[0010]图3为本公开的代理模型预测控制单元执行模型预测控制运算的示意图。
[0011]图4为本公开的模型预测控制系统应用于工厂产线的实施例的示意图。
[0012]图5为本公开一实施例的模型预测控制方法的流程图。
[0013]【附图标记说明】
[0014]1000：模型预测控制系统
[0015]100：模型仿真单元
[0016]200：监测单元
[0017]300：最佳化模型预测控制单元
[0018]400：代理模型预测控制单元
[0019]500：更新单元
[0020]700：目标物
[0021]2000：工厂产线
[0022]u1，u2，u3：控制决策参数
[0023]y1，y2：实际状态参数
[0024]x1，x2：估计状态参数
[0025]S：目标参数集合
[0026]s1～sN：目标参数
[0027]track1：目标移动轨迹
[0028]track2：实际移动轨迹
[0029]u1_mean，u2_mean：平均值
[0030]u1_var，u2_var：变异值
[0031]2100：馈入量
[0032]2200：蒸气量
[0033]2300：再沸腾温度、压力
[0034]S110～S180：步骤
具体实施方式
[0035]本说明书的技术用语参照本
的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。本公开的各个实施例分别具有一或多个技术特征。在可能实施的前提下，本
具有通常知识者可选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地将这些实施例中部分或全部的技术特征加以组合。
[0036]图1为本公开一实施例的模型预测控制(model prediction control，MPC)系统1000的方块图。请参见图1，模型预测控制系统1000包括模型仿真(model simulation)单元100、监测(observation)单元200、最佳化模型预测控制(optimal model prediction control)单元300、代理模型预测控制(proxy model prediction control)单元400、更新
单元500。
[0037]模型仿真单元100可建立目标物700的行为模型以仿真目标物700的动态行为。在一种示例中，目标物700(或可称为“目标对象”、“操作目标”，泛指模型预测控制系统1000进行预测控制的控制目标)例如为自驾车，模型仿真单元100可建立自驾车的行为模型以仿真白驾车的“车速”、“行进方向”等等的动态行为。其中，自驾车的行为“车速”关联的控制对象为自驾车的“油门”，而“行进方向”关联的控制对象为自驾车的“方向盘”。在运行上，模型仿真单元100可接收多个控制决策参数，其中的个控制决策参数u1例如为“油门大小”，其关联的控制对象为“油门”；模型仿真单元100可根据控制决策参数u1仿真控制自驾车的“油门”以调整自驾车的行为“车速”。并且，模型仿真单元100可仿真计算出“车速”的实际测量值(measurement)，即，“车速”的实际状态参数y1；换言之，实际状态参数y1表示自驾车的“实际车速”。
[0038]另一方面，模型仿真单元100的另一个控制决策参数u2例如为“方向盘旋转量”，其关联的控制对象为“方向盘”；模型仿真单元100可根据控制决策参数u2仿真控制自驾车的“方向盘”以调整自驾车的行为“行进方向”。并且，模型仿真单元100可仿真计算出“行进方向”的实际测量值，即，实际状态参数y2；换言之，实际状态参数y2表示自驾车的“实际行进方向”。
[0039]综上所述，模型仿真单元100可根据控制决策参数u1“油门大小”仿真控制自驾车的控制对象“油门”以调整自驾车的行为“车速”，模型仿真单元100并对应输出实际状态参数y1“实际车速”。另一方面，模型仿真单元100可根据控制决策参数u2“方向盘旋转量”仿真控制自驾车的控制对象“方向盘”以调整自驾车的行为“行进方向”，模型仿真单元1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模型预测控制系统，其特征在于，包括：模型仿真单元，用于根据目标物的行为模型以及多个前一状态的控制决策参数以仿真该目标物的动态行为，并对应产生多个实际状态参数；监测单元，用于监测该些前一状态的控制决策参数及该些实际状态参数，并根据该些前一状态的控制决策参数及该些实际状态参数产生多个估计状态参数；以及代理模型预测控制单元，用于根据该些估计状态参数及多个目标参数执行近似的模型预测控制运算，以得到多个目前状态的控制决策参数，并将该些目前状态的控制决策参数回传至该模型仿真单元；其中，该代理模型预测控制单元执行该近似的模型预测控制运算以取代运算复杂度较高的模型预测控制运算。2.根据权利要求1的模型预测控制系统，其特征在于，该目标物具有多个控制对象，根据该些控制决策参数仿真控制该些控制对象，以使该目标物的该些实际状态参数满足于该些目标参数。3.根据权利要求1的模型预测控制系统，其特征在于，该代理模型预测控制单元执行随机程序运算以执行该近似的模型预测控制运算。4.根据权利要求3的模型预测控制系统，其特征在于，该代理模型预测控制单元执行的该随机程序运算为高斯程序运算，该代理模型预测控制单元执行该高斯程序运算以得到该些控制决策参数各自的平均值及变异值。5.根据权利要求4的模型预测控制系统，其特征在于，该些平均值作为最终输出的该些控制决策参数，且该些变异值作为模型可靠度指针。6.根据权利要求5的模型预测控制系统，其特征在于，还包括：更新单元，用于判断该模型可靠度指针是否大于阀值，若该模型可靠度指针大于该阀值，则该代理模型预测控制单元进行更新。7.根据权利要求6的模型预测控制系统，其特征在于，还包括：最佳化模型预测控制单元，当该代理模型预测控制单元进行更新时，该最佳化模型预测控制单元用于执行该运算复杂度较高的模型预测控制运算，以得到满足于最佳解的该些控制决策参数。8.根据权利要求6的模型预测控制系统，其特征在于，该代理模型预测控制单元以线上适应性方式进行更新。9.根据权利要求1的模型预测控制系统，其特征在于，该代理模型预测控制单元以脱机方式预先建立该目标物的该行为模型。10.根据权利要求9的模型预测控制系统，其特征在于，该代理模型预测控制单元以模仿学习方式或机器学习方式预先建立该行为模型。11.一种模型预测控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑仪诚，陈俊彦，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：