预测控制-课件

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xx预测控制

(GPC)是一种鲁棒性强、能够有效地克服系统滞后、可应用于开环不稳定非最小相位系统的先进控制算法，但由于它需要Diophantine方程计算、矩阵求逆和最小二乘的递推求解，因此计算量很大，本文针对此缺陷提出四种不基于对象模型且实时性高的广义预测控制快速算法，为广义预测控制应用于实时性要求高的快速系统奠定了理论基础，具体研究工作如下。

(1)对参数未知单输入单输出线性系统提出一种参数自适应直接广义预测控制(DGPC)方法，该方法直接辨识广义预测控制器参数，即基于广义误差估计值对控制器参数和广义误差估计值中的未知向量进行自适应调整。然后利用中值定理将参数未知单输入单输出非线性系统线性化变为时变线性系统，在自适应辨识中对时变参数采用三次样条函数进行逼近，以此将单输入单输出线性系统直接广义预测控制方法推广到单输入单输出非线性系统。最后，将此方法推广到多输入多输出线性系统和非线性系统。

(2)对参数未知单输入单输出线性系统提出一种径向基函数(RBF)网络的直接广义预测控制方法，该方法利用RBF网络来逼近控制增量表达式，直接设计出广义预测控制器，并基于广义误差估计值对控制器参数即网络权值和广义误差估计值中的未知向量进行自适应调整。然后将单输入单输出线性系统RBF网络广义预测控制方法推广到单输入单输出非线性系统。最后，将此方法推广到多输入多输出线性系统和非线性系统。

(3)对参数未知单输入单输出线性系统提出一种模糊自适应的直接广义预测控制方法，该方法利用模糊逻辑来逼近控制增量表达式，直接设计出广义预测控制器，并基于广义误差估计值对控制器参数权值和广义误差估计值中的未知向量进行自适应调整。然后将单输入单输出线性系统模糊自适应广义预测控制方法推广到单输入单输出非线性系统。最后，将此方法推广到多输入多输出线性系统和非线性系统。

(4)提出一种基于灰色模型的多变量广义预测控制算法，该算法所需估计的参数少，而且多步情况下无需求解Diophantine方程，从而使计算量明显减少，极大的提高了实时性。上述四种方法都不需要被控对象数学模型，因此为更好

１０４　福建　电脑　２００６年第９期　

基于广义预测控制的模型预测控制系统仿真软件设计　

盛剑会．潘磊　

（中原工学院河南郑州４５０００７）　

【摘要】：本文介绍了￣－Ｉ－ｔ义预测控制的模型预测控制（ＭＰＣ）系统仿真软件的开发与实现过程。该软件包含了　ＭＡＣ、ＩＭＡＣ、ＤＭＣ、ＤＤＭＣ和ＧＰＣ五种预测控制算法，，－ｑ－￣用不同的方法实现对预测控制系统的综合性仿真以及控制器参数　

的调整。利用该软件可对模型预测控制系统的作用机理做进一步仿真分析。并有助于定性分析各种算法中设计参数对系统性　能的影响以及不同算法之阃的区别。　

【关键词】：广义预测控制；软件开发；系统仿真　

模型预测控制（ＭＰＣ—ｍｏｄｅｌ　ｐｒｅｄｉｅｔｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏ１）通常被简称　为预测控制。它是以各种不同的预测模型为基础，采用在线滚动　

优化指标和反馈校正策略．力求有效地克服受控对象的不确定　

性、迟滞和时变等因素的动态影响．从而达到预期的控制目标一　参考轨迹输入，并使系统有良好的鲁棒性和稳定性，因此，预测　

控制的系统组成大致包括：参考轨迹、滚动优化、预测模型和在　线校正等四个部分『ｌ１。现在人们已普遍认为ＭＰＣ是一类最具实　

用性，有着广泛应用前景的先进控制策略ＤＩ。但是。现有预测控制　软件因其开发平台及从国外购进的软件不适于国内生产边界条　

件的变化等不利因素，在我国只得到了有限的推广『４１。为此，我　们基于ＰＣ机平台开发了模型预测控制的通用仿真软件．可对控　

制系统进行综合仿真．它不但可以作为一个很好的教学软件使　用．而且为进一步实现推广应用奠定了基础。　１．广义预测控制的基本原理翻　ＧＰＣ是一种自适应模型预测控制算法．与ＭＡＣ和ＤＭＣ不　

同，它采用传统的参数化模型，模型参数较少，易于在线辨识。　ＧＰＣ基本算法通过在线辨识获得模型参数．再利用模型参数实　

现多步预测和滚动优化。从而实现自适应模型预测控制策略。因　此。ＧＰＣ既有一般ＭＰＣ的特点。又有自适应控制的特点。它不仅　

预测控制之探究

摘要

预测控制是近年来发展起来的一类新型的计算机控制算法。由于它采用多步测试、滚动优化和反馈校正等控制策略，因而控制效果好，适用于控制不易建立精确数字模型且比较复杂的工业生产过程，所以它一出现就受到国内外工程界的重视，并已在石油、化工、电力、冶金、机械等工业部门的控制系统得到了成功的应用。

关键词：预测控制 滚动优化 反馈校正

Abstract

Predictive control is developed in recent years to a new type of computer

control algorithm. Because it USES multi-step testing, roll optimization

and feedback correction, the control strategies and control effect is good,

suitable for control is not easy to build accurate digital model and more

complex industrial production process, so it appeared at home and abroad

by the attention of engineering, and has set up a file in the petroleum,

chemical, electric power, metallurgy, machinery, and other departments

of industry control systems have been successful application.

Keywords: Predictive control rolling optimization feedback

matlab预测控制工具箱

一、设计示例

注：示例均为matlab自带

1、伺服系统控制器的设计

图4-1 位置伺服系统原理图

（1）伺服系统数学模型

位置伺服系统由直流电机、变速箱、弹性轴、负载等组成（见图4-1）。可用如下微分

方程来描述：

上式中的变量定义及取值见表4-1。

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将上述微分方程写成状态方程形式，有

其中，。

（2）控制目标及约束

控制目标：在电压V

的控制下，使过载角位置

跟踪指定值。输出量仅有可观测。

弹性轴承受的强度有一定的限制，因此对输出力矩T的赋值作一定约束：

对输入电压的约束：

3 该系统有一个输入V

，两个输出：（可测量）和T（不可测量）。

（3）在matlab中定义该系统的状态空间模型

首先需要在matlab中对系统的数学模型进行定义。可以直接在命令行输入

mpcmotormodel（建议做法），也可以在命令行中输入下列命令：

% DC-motor with elastic shaft

%

%Parameters (MKS)

%-----------------------------------------------------------

Lshaft=1.0; %Shaft length

dshaft=0.02; %Shaft diameter

shaftrho=7850; %Shaft specific weight (Carbon steel)

G=81500*1e6; %Modulus of rigidity

tauam=50*1e6; %Shear strength

Mmotor=100; %Rotor mass

Rmotor=.1; %Rotor radius

Jmotor=.5*Mmotor*Rmotor^2; %Rotor axial moment of inertia

Bmotor=0.1; %Rotor viscous friction coefficient (A CASO)