燕山大学自动化系：《计算机控制系统——微机控制技术》第十二章 预测控制

第十二章预测控制

1 第十二章 预测控制

c12.1预测控制基础 模型预测控制发展背景 特点 基本原理

2 12.1预测控制基础  模型预测控制发展背景  特点  基本原理

c模型预测控制的发展背景) 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

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

c模型预测控制的发展背景(2) 工业过程的特点 一多变量、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

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

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

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

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

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

c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、自适应预测一理论性较强 非线性预测控制系统 内部模型用神经网络(AN)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

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

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

8 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

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

9 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

预测桃型(内部型)(2) 基于模型的预测示意图 过去 未来 3 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

10 预测模型(内部模型)（2）  基于模型的预测示意图 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