浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 第五讲 模型预测控制MPc Model predictive control Department of Control Science &Engineering, Zhejiang University Copyright by huiwang 2021/2/19 第五讲模型预测控制
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 1 模型预测控制—MPC Model Predictive Control 第五讲 Department of Control Science &Engineering, Zhejiang University Copyright by HuiWang
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 本节内容要点 模型预测控制发展背景 特点 0基本原理 动态矩阵控制DMc 模型算法控制MAG 在工业中的应用举例 2021/2/19 第五讲模型预测控制
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 2 本节内容要点 模型预测控制发展背景 特点 基本原理 动态矩阵控制DMC 模型算法控制MAC 在工业中的应用举例
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 模型预测控制的发展背景(1) 现代控制理论及应用的发展与特点 要求 》精确的模型 最优的性能指标 系统的设计方法 应用 航天、航空 军事等领域 2021/2/19 第五讲模型预测控制
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 3 模型预测控制的发展背景(1) 现代控制理论及应用的发展与特点 – 要求 » 精确的模型 » 最优的性能指标 » 系统的设计方法 – 应用 » 航天、航空 » 军事等领域
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 模型预测控制的发展背景(2) 工业过程的特点 多变量、非线性、时变性、强耦合、不 确定性 工业过程对控制的要求 高质量的控制性能 对模型要求不高 实现方便 2021/2/19 第五讲模型预测控制 4
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 4 模型预测控制的发展背景(2) 工业过程的特点 – 多变量、非线性、时变性、强耦合、 不 确定性 工业过程对控制的要求 – 高质量的控制性能 – 对模型要求不高 – 实现方便
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 预测控制的特点(1) 建模方便不需要深入了解过程内部机理 非最小化描述的离散卷积和模型有利于 提高系统的鲁棒性 滚动的优化策略较好的动态控制效果 不增加理论困难可推广到有约束条件、 大纯滞后、非最小相位及非线性等过程 是一种计算机优化控制算法 2021/2/19 第五讲模型预测控制
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 5 预测控制的特点（1） 建模方便,不需要深入了解过程内部机理 非最小化描述的离散卷积和模型,有利于 提高系统的鲁棒性 滚动的优化策略,较好的动态控制效果 不增加理论困难,可推广到有约束条件、 大纯滞后、非最小相位及非线性等过程 是一种计算机优化控制算法
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 预测控制的特点(2) 对模型要求不高 鲁棒性可调 可处理约束操作变量MV、被控变量CV) 可处理“方”、“瘦”、“胖”,进行自 动转换 可实现多目标优化(包括经济指标) 可处理特殊系统:非最小相位系统、伪积 分系统、零增益系统 2021/2/19 第五讲模型预测控制 6
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 6 预测控制的特点（2） 对模型要求不高 鲁棒性可调 可处理约束(操作变量MV、被控变量CV) 可处理“方”、“瘦”、“胖”，进行自 动转换 可实现多目标优化（包括经济指标） 可处理特殊系统：非最小相位系统、伪积 分系统、零增益系统
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 目前预测控制的发展方向 多变量预测控制系统的稳定性、鲁棒性 线性系统、自适应预测理论性较强 非线性预测控制系统 内部模型用神经网络(ANN)描述 针对预测控制的特点开展研究 国内外先进控制软件包开发所采用 2021/2/19 第五讲模型预测控制 7
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 7 目前预测控制的发展方向 多变量预测控制系统的稳定性、鲁棒性 – 线性系统、自适应预测—理论性较强 非线性预测控制系统 – 内部模型用神经网络（ANN）描述 针对预测控制的特点开展研究 – 国内外先进控制软件包开发所采用
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 5-1预测控制的基本原理 1978年, J. Richalet等就提出了预测控制 算法的三要素: 内部预测)模型、参考轨迹、控制算法 现在一般则更清楚地表述为: 内部测)模型、滚动优化、反馈控制 2021/2/19 第五讲模型预测控制
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 8 5-1 预测控制的基本原理 1978年，J.Richalet等就提出了预测控制 算法的三要素： – 内部(预测)模型、参考轨迹、控制算法 现在一般则更清楚地表述为： – 内部(预测)模型、滚动优化、反馈控制
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 5-1预测模型(內部模型)(1 预测模型的功能 根据被控对象的历史信息和未来输入,预 测系统未来响应。 预测模型形式 参数模型:如微分方程、差分方程 非参数模型:如脉冲响应、阶跃响应 2021/2/19 第五讲模型预测控制 9
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 9 5-1 预测模型(内部模型)（1） 预测模型的功能 根据被控对象的历史信息和未来输入，预 测系统未来响应。 预测模型形式 – 参数模型：如微分方程、差分方程 – 非参数模型：如脉冲响应、阶跃响应
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by Huiwang---- 5-1预测模型(内部模型)(2) 基于模型的预测示意图 过去 未来 k时刻 控制策略I 2控制策略Ⅱ 3—对应于控制策略I的输出 4对应于控制策略Ⅱ的输出 2021/2/19 第五讲模型预测控制
浙江大学控制科学与工程学系 ----Coperight by HuiWang---- 2021/2/19 第五讲 模型预测控制 10 2 y u 1 4 3 过去 未来 k 时刻 1—控制策略Ⅰ 2—控制策略Ⅱ 3—对应于控制策略Ⅰ的输出 4—对应于控制策略Ⅱ的输出 基于模型的预测示意图 5-1 预测模型(内部模型)（2）
