多功能控制器(MPC)控制箱的国产化研发

电热水浴装置的MPC-PID串级控制研究王志甄;邹志云【摘要】Control method of process object is a key and challenging problem because of its inherent strong nonlinearity,large lag and high control precision requirement.A single control measure generally can not satisfy the requirement with the development of production installation in process system to upsizing,integrating,complication.The MPC-PID cascade control is expounded.The mathematic model is established with taking electric-heated water bath as a researched object.Control simulation is carried out with Matlab.The advantage of MPC-PID cascade control is contrasted with that of PID-PID and MPC.The major control parameters are studied.The control simulation results show that MPC-PID could provide more effective control strategy for industrial process.%由于过程对象具有非线性、大滞后、控制精度要求高等特点,其控制手段一直是重点和难点,伴随着过程系统生产装置向大型化、集成化、复杂化发展,单一的控制手段已显得无能为力.论述了MPC-PID串级控制方法,采用电热水浴装置作为研究对象,建立了数学模型,用Matlab进行了控制仿真,对比了MPC-PID串级控制和常规控制手段的先进之处,并对系统的主要控制参数进行了研究.控制仿真结果表明:MPC-PID串级控制可以为实际的工业过程提供更加有效的控制方案.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2018(054)003【总页数】5页(P36-40)【关键词】电热水浴装置;串级控制;模型预测控制【作者】王志甄;邹志云【作者单位】军事科学院防化研究院,北京102205;军事科学院防化研究院,北京102205【正文语种】中文【中图分类】TP273由于过程对象具有非线性、大滞后、控制精度要求高等特点，传统的PID控制等通常难以达到预期目的。

1.1MPC模型预测控制原理
模型预测控制(MPC)是指：在每一个采样时刻通过求解一个有限时域的开环最优控制策略，过程的当前状态作为最优控制问题的初始状态，解得的最优控制序列只实施于下一时刻。

预测控制算法的三要素：内部预测模型，滚动优化，反馈校正。

预测模型：根据被控对象的历史信息和未来输入信息，预测系统的未来输出响应；
滚动优化：通过某一性能指标的最优化求解未来有限时刻的最优控制率；
反馈校正：首先检验对象的实际输出，再通过实际输出对基于模型的预测输出进行修正并进行新的优化。

基于非参数模型的预测控制代表性算法：
模型算法控制MAC
目的：使系统的输出沿着预先给定的参考轨迹逐渐到达设定值。

预测模型输出由两部分组成：
过去已知控制量产生的预测模型输出、由现在和未来控制量产生的预测模型输出。

MAC算法原理图
MAC在线计算程序流程图
动态矩阵控制DMC
算法组成：阶跃响应模型预测、反馈校正、滚动优化
预测模型输出由两部分组成：
待求解的未知控制增量产生的输出值、过去控制量产生的已知输出初值。

DMC算法原理图
DMC在线计算程序流程图
MPC缺点：
不能描述不稳定系统，不适用于不稳定对象在线模型辨识比较困难
基于滑动平均模型代表算法：
广义预测控制GPC
缺点：对于多变量系统，算法实现比较困难。

基于MPC算法的帆板控制系统设计与优化1. 简介帆板控制系统可以实现太阳能板的角度控制，以最大化太阳能的收集效率。

本文旨在基于MPC（Model Predictive Control）算法设计和优化帆板控制系统，实现精确控制和优化能源收集效率。

2. MPC算法原理MPC算法是一种基于数学模型的预测控制方法。

它通过对系统动态模型进行预测，并通过优化算法计算出最优控制输入。

MPC算法的主要步骤包括：建立系统模型、预测未来状态、计算最优控制输入、应用控制输入并更新系统状态，然后重复这个过程。

3. 帆板控制系统的设计帆板控制系统的设计可以分为以下几个步骤：3.1 系统建模首先，需要对帆板控制系统进行建模。

这包括建立光伏阵列模型、太阳定位模型、电池模型等。

这些模型可以通过物理原理和实验数据进行建立，以反映真实的系统动态特性。

3.2 控制目标设定根据应用需求，确定帆板在不同时间段内的角度目标。

可以考虑最大化能源收集效率、确保系统稳定性、减少机械应力等因素。

3.3 控制器设计基于MPC算法原理，设计帆板控制器。

首先，需要选择合适的优化算法，如线性二次规划、非线性优化算法等。

然后，根据系统模型和控制目标，构建控制输入和状态的约束条件，并通过优化算法计算最优的控制输入。

3.4 状态估计在实际应用中，通常无法直接测量所有系统状态，如光照强度、风速等。

因此，需要设计状态估计器来估计这些状态。

常用的方法有卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等。

4. 帆板控制系统的优化帆板控制系统的优化可以分为以下几个方面：4.1 能源收集效率优化通过MPC算法的优化，可以实现最大化能源收集效率。

在设计控制器时，可以考虑太阳光照强度的预测模型，以及帆板角度和电池状态等因素，通过计算最优控制输入，来实现能源收集效率的优化。

4.2 系统动态响应优化通过合理设计控制器的参数，可以实现系统动态响应的优化。

例如，可以通过调整控制器的采样时间、预测时域等参数，来降低系统的响应时间和过度调节。

392010年第15期(总第103期)E-多功能无线遥控装置的研究与设计仝兆景 张培玲 刘群坡 张 科河南理工大学 河南焦作 454000摘 要：介绍了基于MICRF芯片的多功能无线遥控装置的实现，阐述了各关键模块电路的结构及工作原理，实现了一对多的无线遥控功能。

该装置可实现MICRF芯片与传统单片机的连接，扩充了传统51单片的功能，具有稳定性强的特点和一定的实用价值。

关键词：无线遥控；MICRF芯片；单片机收稿日期：2010-03-13作者简介：仝兆景，硕士，讲师。

张培玲，硕士，讲师。

随着传感器检测、单片机技术的不断发展，无线遥控装置在电子设计制作、家电、汽车等领域应用日趋广泛深入。

目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。

由于无线电波可在很大区域和空间内实现，故已成为遥控的主要方式。

本文通过基于M I C R F芯片的无线数据收发模块的多功能无线遥控装置的设计，介绍了无线发射模块和接收模块的相关电路设计、模块与51单片机的接口实现，可实现多路遥控控制功能，如对小型电机、指示灯、光电管、报警器等的无线控制。

一、多功能无线遥控装置设计框图本多功能无线遥控装置是基于A T89C2051单片机开发的智能遥控器，通过单片机将需要指令进行存储处理，在发射信号时自动选择对应发射模块，集多个不同设备遥控器的功能于一体，实现“一对多”的多路遥控功能，可实现对多个对象的遥控。

如图1所示多功能无线遥控装置包括电源、单片机、键盘、发射模块和接收模块，并有发射、接收指示。

图1 多功能无线遥控装置设计框图二、多功能无线遥控装置硬件电路多功能无线遥控装置由两大关键模块组成，即发射模块和接收模块。

发射模块由按键编址电路、编码电路、无线发射电路构成，接收模块由无线接收电路、解码电路、信号处理电路及开关电路构成(如图2所示)。

图2 发射模块和接收模块1.发射模块和接收模块发射模块和接收模块选用美国Micrel公司生产的MICRF系列射频芯片，它可工作在300～470MHz频段；具有A S K调制和解调能力，抗干扰能力强，频率稳定性好；最大发射功率达-2.5d B m，接收灵敏度高达-107d B m；数据速率可达20K b/s；工作电压为4.75～5.5V：接收时电流3mA，发射时电流7.5mA。

mpc单片机发展历史mpc单片机（Microcontrollers）诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCMmpc单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。

基于这一系统的mpc单片机系统直到现在还在广泛使用。

随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位mpc单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

90年代后随着消费电子产品大发展，mpc单片机技术得到了巨大提高。

随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位mpc单片机迅速取代16位mpc单片机的高端地位，并且进入主流市场。

而传统的8位mpc单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。

高端的32位Socmpc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。

当代mpc单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的mpc单片机上。

而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端mpc单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

mpc单片机主要阶段早期阶段SCM即单片微型计算机（Microcontrollers）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。

“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。

在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

Micro Controller Unit中期发展MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。

它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910374829.0(22)申请日 2019.05.07(71)申请人 万克能源科技有限公司地址 310012 浙江省杭州市滨江区长河街道滨盛路1786号汉氏大厦1708室(72)发明人 张舒鹏　董树锋　李帅　(74)专利代理机构 杭州橙知果专利代理事务所(特殊普通合伙) 33261代理人 李品(51)Int.Cl.H02J 3/32(2006.01)(54)发明名称一种基于MPC的电池储能系统辅助AGC控制方法(57)摘要本发明提供一种基于MPC的电池储能系统辅助AGC控制方法，包括如下步骤：步骤1、采集电网AGC系统的模型数据、含电池储能系统的模型数据和负荷扰动数据以提供数据分析基础；步骤2、根据所述含电池储能系统的模型数据和负荷扰动数据建立系统状态空间表达式，输出变量为ACE、频率偏差和电池储能系统SOC；以及步骤4、构建MPC控制器，通过预测模型、滚动优化算法得到电池储能系统的最优控制变量，平衡电池储能系统SOC的恢复需求和电网调频需求。

权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 110148956 A 2019.08.20C N 110148956A1.一种基于MPC的电池储能系统辅助AGC控制方法，其特征是包括如下步骤：步骤1、采集电网AGC系统的模型数据、含电池储能系统的模型数据和负荷扰动数据以提供数据分析基础；步骤2、根据所述含电池储能系统的模型数据和负荷扰动数据建立系统状态空间表达式，输出变量为ACE、频率偏差和电池储能SOC，控制变量为电池储能的控制指令；步骤3、划分ACE区间与确定MPC输出加权矩阵，其中根据电池储能系统和常规机组不同的出力特性，在每个ACE区间上结合该电池储能SOC的恢复需求和电网调频需求来确定MPC 控制的输出加权矩阵，确定该电池储能系统的出力目标；以及步骤4、构建MPC控制器，通过预测模型、滚动优化算法得到电池储能系统的最优控制变量，平衡电池储能SOC的恢复需求和电网调频需求。