浙江大学控制科学与工程学系：《计算机控制系统——微机控制技术》_第六章 计算机控制系统中的控制策略（第4-6节）

浙江大学控制科学与工程学系 一计算机控制系统一 第六章 计算机控制系统中的控制策略 Control Strategy of Computer System Department of Control Science & Engineering, Zhejiang University 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 1 第六章 计算机控制系统中的控制策略 Control Strategy of Computer System Department of Control Science &Engineering, Zhejiang University

浙江大学控制科学与工程学系 计算机控制系统一 第四节Unit4 模型预测控制MPc Model predictive control 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 2 模型预测控制—MPC Model Predictive Control 第四节 Unit 4

浙江大学控制科学与工程学系 一计算机控制系统一 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 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 3 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 一计算机控制系统一 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 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略 4

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 4 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 一计算机控制系统一 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 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 5 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 一计算机控制系统一 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 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略 6

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 6 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 一计算机控制系统一 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 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略 7

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 7 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 一计算机控制系统一 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 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 8 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 一计算机控制系统一 6-41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 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略 9

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 9 6-4-1 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 一计算机控制系统一 6-41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 2021/2/24 第六章计算机控制系统中的控制策略

浙江大学控制科学与工程学系 —计算机控制系统— 2021/2/24 第六章 计算机控制系统中的控制策略 10 6-4-1 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