專利名稱：基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的最優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，是一種基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的在線最優(yōu)化控制方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)實(shí)際工業(yè)過程被控對(duì)象都是有約束的，既包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理限制的硬約束，又包括輸入控制范圍和控制量變化限制的軟約束，傳統(tǒng)的方法由于在每個(gè)采樣點(diǎn)都要進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算(通常都是二次規(guī)劃)，尤其是需求逆陣，計(jì)算量太大，不僅限制了預(yù)測(cè)及控制時(shí)域的選取，而且占用大量的內(nèi)存，這些都限制了預(yù)測(cè)控制在大規(guī)模復(fù)雜控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；同樣的對(duì)于采樣周期比較短的系統(tǒng)，由于優(yōu)化所需的時(shí)間很長，無法采用預(yù)測(cè)控制。為了減少預(yù)測(cè)控制的在線計(jì)算量，許多專家、學(xué)者都進(jìn)行了大量的研究，提出了許多改進(jìn)的算法，但一般是把約束問題化減為無約束問題處理而使運(yùn)算變得復(fù)雜，容易造成可行點(diǎn)超出控制范圍，使穩(wěn)定性受到影響，并且還是需要求逆陣或部分求逆，都具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的在線最優(yōu)化控制方法，在充分剖析過程控制特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的在線最優(yōu)化控制方法，研究?jī)?yōu)化控制策略，克服或抑制設(shè)備性能時(shí)變、過程特性時(shí)變、負(fù)載時(shí)變、擾動(dòng)以及環(huán)境擾動(dòng)因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性的影響，提高控制精度和穩(wěn)定性，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是根據(jù)復(fù)雜工業(yè)過程控制的非線性和約束限制的特點(diǎn)，建立非線性約束的預(yù)測(cè)控制模型，利用新型約束廣義預(yù)測(cè)控制器求解最優(yōu)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了帶約束工業(yè)過程的優(yōu)化控制，具體包括約束模型建立、初始化、非線性約束預(yù)測(cè)控制方法及收斂性分析三個(gè)步驟(1)建立約束模型根據(jù)約束條件和廣義預(yù)測(cè)控制技術(shù)特征建立約束模型；(2)非線性約束預(yù)測(cè)控制方法利用新型約束廣義預(yù)測(cè)控制器求解最優(yōu)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了帶約束工業(yè)過程的優(yōu)化控制；(3)控制方法的收斂性根據(jù)非線性規(guī)劃、最優(yōu)化控制和預(yù)測(cè)控制理論對(duì)新型控制方法進(jìn)行收斂性分析。
在給定約束條件的基礎(chǔ)上，即輸入增量Δu(t)受限，輸入幅值u(t)受限和輸出幅值y(t)受限；建立約束模型如下
確定系統(tǒng)的過程控制的帶約束模型為minJ=min{(Gu→+f→+e→-w→)T(Gu→+f→+e→-w→)+λ(Pu→+ζ→)T(Pu→+ζ→)}ST Du→≤r]]>其中D＝[I-I LT-LTGT-GT]T 利用新型約束廣義預(yù)測(cè)控制器求解最優(yōu)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了帶約束工業(yè)過程的優(yōu)化控制，具體如下主算法(1)在可行域U→={u|Du→-r≤0,u∈Rm}]]>中任取一初始可行點(diǎn)uo，另取允許誤差ε＞0，并置k＝0；(2)確定指標(biāo)集E(uK)={i|Diu→=ri,i=1,2,···,m};]]>(3)檢驗(yàn)條件E(uK)＝Φ是否滿足；(a)若E(uK)＝Φ且滿足‖g(uK)‖≤ε，則迭代停止，此時(shí)uK為模型的K-T點(diǎn)；(b)若E(uK)＝Φ但‖g(uK)‖＞ε，則令d(uK)＝g(uK)并轉(zhuǎn)步(8)；(c)若E(uK)≠Φ，則轉(zhuǎn)步(4)(4)調(diào)用子算法一，將固定的 換成uK得到{ni|i＝1，2，…，s}和g(uK)；(5)調(diào)用子算法二，得到Hs，Bs；(6)計(jì)算V→=(V1(uK),···,Vs(uK))T=-Bsg(uK)]]>Vh(uK)=min1≤i≤s{Vi(uK)}]]>d(uK)＝Hsg(uK)如果d(uK)≠0，轉(zhuǎn)步(8)，如果d(uK)＝0且Vh(uK)＜0，轉(zhuǎn)到步(7)；如果d(uK)＝0，Vh(uk)≥0則停止，此時(shí)uK為模型的K-T點(diǎn)；(7)在子算法二中用{ni|i＝1，2，…，s i≠h}替代{ni|1≤i≤s}而得到Hs-1，計(jì)算d(uK)＝Hs-1g(uK)后轉(zhuǎn)步(9)；(8)不妨設(shè)指標(biāo)集E(uK)＝{Ll，…，Lk}令D=D1D2]]>其中D1=(DL1T,···,DLkT)T]]>D2=(DLk+1T,···,DLmT)T]]>
r=r1r2]]>求minJ(uk+λd(uk))st0≤λ≤λmax]]>的最優(yōu)解，設(shè)最優(yōu)解為λk并令uk+1＝uk+λkd(uk)，置k＝k+1，轉(zhuǎn)步(2)這里λmax=min{r^i/d^i|d^i>0}∞]]>d^i≠0]]>r^=r2-D2uk]]>d^i≤0]]>d^=D2d(uk)]]>(9)計(jì)算minλ∈ΛJ(uk+λd(uk)),]]>Λ＝{λ|λ≥0，uk+λd(uk)∈V}的最優(yōu)解，設(shè)為λk，并令uk+1＝uk+λkd(uk)，置k＝k+1，轉(zhuǎn)步(2)子算法一令4M+2N＝m，D=[D1T,···,DmT]T,]]>Di為1×M矩陣r＝[r1，…，rm]T令E(u)={i|Diu→=ri,i=1,2,···,m}]]>u→=[Δuf(t),···,Δuf(t+M-1)]=Δ[u1,···,uM]]]>g(u)=-▿J(u)=-[∂J∂u1,∂J∂u2,···,∂J∂uM]T]]>(1)讀入m，M，t，ejT=
1×M,]]>u→T=[u1,···,um],]]>ui＝_uf(t+i-1)i＝1，2，…，M，Di＝[di1，…，dim]。
(2)令H0＝(e1，…，eM)為M×M單位陣；令i＝1；s＝0；對(duì)于固定的u→∈RM]]>給出E(u)的元素(按原順序排列)，不妨設(shè)E(u)＝{L1，L2，…，LK}；(3)計(jì)算di=Hi-1DLiT,]]>如果di＝0，轉(zhuǎn)步(5)；(4)置s＝s+1，ns=DLiT,]]>如果i＝K，轉(zhuǎn)步(6)，否則計(jì)算λi=1DLidi;]]>Hi=Hi-1-λididiT]]>置i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(5)如果i＝k，轉(zhuǎn)步(6)，否則置Hi＝Hi-1，i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(6)存儲(chǔ){ni|i＝1，2，…，s}停止；
子算法二(1)調(diào)用子算法一中的存儲(chǔ)Ns=[n1,···,ns]M×sT]]>(2)令 H0＝I，d1＝n1，H1=H0-n1n1T/n1Tn1]]>B1=n1T/n1Tn1]]>并置i＝2，(3) di＝Hi-1niλi=1niTdi]]>Hi=Hi-1-λididiT]]>Bi=Bi-1(I-λinidiT)λidiT]]>若i＜s轉(zhuǎn)步(4)，若i＝s，轉(zhuǎn)步(5)；(4)置i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(5)存儲(chǔ)Hs、Bs。
根據(jù)非線性規(guī)劃、最優(yōu)化控制和預(yù)測(cè)控制理論對(duì)新型控制方法進(jìn)行收斂性分析，新型控制方法所給的初始可行點(diǎn)很接近最優(yōu)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)控制的收斂性很有利，保證能在有限步內(nèi)給出最優(yōu)值；可按以下方面判別系統(tǒng)的收斂性(1)若集合Λ＝{u|J(u)≤J(uo)}是緊致的，uo為初始可行點(diǎn)，則主算法(a)在有限步內(nèi)收斂到模型的K-T點(diǎn)；(b)產(chǎn)生一無窮列{uk}，它為一個(gè)有界點(diǎn)列{uk}，它為一個(gè)有界點(diǎn)列，有且僅有有限個(gè)聚點(diǎn)，且其任何聚點(diǎn)都是模型的K-T點(diǎn)；(2)若集合Λ＝{u|J(u)≤J(uo)}是緊致的，uo為初始可行點(diǎn)，J(u)為可行域U上凹函數(shù)，則主算法或在有限步內(nèi)得到模型的最優(yōu)點(diǎn)，或產(chǎn)生一無窮點(diǎn)列{uk}，它的任何聚點(diǎn)均為模型的最優(yōu)點(diǎn)；(3)若主算法產(chǎn)生唯一的K-T點(diǎn)，則此K-T點(diǎn)即為模型的最優(yōu)點(diǎn)。
基于非線性約束的預(yù)測(cè)控制方法所述的求解最優(yōu)控制律過程中不必求解逆陣的特征，最優(yōu)化控制器具有實(shí)時(shí)在線的控制特點(diǎn)，可以保證輸入幅值、輸入增量和控制輸出幅值在約束范圍內(nèi)變化，這種控制器適用于流程工業(yè)控制中帶約束條件的過程控制，可以解決復(fù)雜工業(yè)過程有約束的被控對(duì)象控制問題。具體方法如下計(jì)算V→=(V1(uK),···,Vs(uK))T=-Bsg(uK)]]>Vh(uK)=min1≤i≤s{Vi(uK)}]]>d(uK)＝Hsg(uK)調(diào)用非線性約束新型方法求得uK為模型的K-T點(diǎn)，即最佳控制輸入，從而保證了約束輸出控制。
本發(fā)明的有益效果是構(gòu)造了一種帶約束的廣義預(yù)測(cè)控制快速收斂的遞推優(yōu)化算法，在帶約束條件下求解最優(yōu)控制律過程中仍然不必求解逆陣，減小了計(jì)算量、存儲(chǔ)量。從約束問題出發(fā)，建立了帶約束的控制模型，給出了帶約束條件下求解最優(yōu)控制律的遞推迭代算法；證明了算法的收斂性，算法所給的初始可行點(diǎn)很接近最優(yōu)點(diǎn)，對(duì)算法的收斂性研究很有利，保證能在有限步內(nèi)給出最優(yōu)解。由于在求解最優(yōu)控制律過程中不必求解逆陣，使得最優(yōu)化控制器具有實(shí)時(shí)在線的控制特點(diǎn)，可以保證輸入幅值、輸入增量和控制輸出幅值在約束范圍內(nèi)變化，這種控制器適用于流程工業(yè)控制中帶約束條件的過程控制，可應(yīng)用推廣解決帶任意約束的復(fù)雜工業(yè)過程控制問題。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明；圖1給出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖；圖2給出控制系統(tǒng)框圖；圖3給出帶約束廣義預(yù)測(cè)控制程序框圖；圖4帶約束的廣義預(yù)測(cè)控制仿真圖。
具體實(shí)施方案實(shí)施例基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的鍋爐優(yōu)化控制方法1、建立約束條件(1)引風(fēng)控制增量受限設(shè)Δumax是引風(fēng)控制增量濾波后的上限為100Hz；Δumin是引風(fēng)控制增量濾波后的下限為0.01Hz，則有Δumin≤Δuf(t+j-1)≤Δumaxj＝1，2，…，M(2)引風(fēng)控制幅值u(t)受限設(shè)umax是引風(fēng)控制幅值濾波后的上限100Hz；umin是引風(fēng)控制幅值濾波后的下限0.01Hz，則利用uf(t+j-1)=uf(t-1)+Σi=1jΔuf(t+i-1)]]>并將上下限引入可得
umin-uf(t-1)≤Σi=1jΔuf(t+i-1)≤umax-uf(t-1),j=1,2,···,M]]>(3)爐膛負(fù)壓輸出幅值受限設(shè)_max是爐膛負(fù)壓輸出幅值的上限-10Pa；_min是爐膛負(fù)壓輸出幅值的下限-30Pa，則有_min≤_(t+j)≤_maxj＝1，2，…，N為將輔助輸出_(t)幅值受限仍用u表示，可寫成如下向量形式 2、新型約束廣義預(yù)測(cè)控制器供熱控制系統(tǒng)測(cè)控平臺(tái)主要由數(shù)據(jù)采集模塊和自動(dòng)控制模塊組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1、圖2所示，新型約束廣義預(yù)測(cè)控制器主要采用下面算法實(shí)現(xiàn)。
主算法(1)在可行域U→={u|Du→-r≤0,u∈Rm}]]>中任取一初始可行點(diǎn)uo，另取允許誤差ε＞0，并置k＝0；(2)確定指標(biāo)集E(uK)={i|Diu→=ri,i=1,2,···,m};]]>(3)檢驗(yàn)條件E(uK)＝Φ是否滿足；(a)若E(uK)＝Φ且滿足‖g(uK)‖≤ε，則迭代停止，此時(shí)uK為模型的K-T點(diǎn)；(b)若E(uK)＝Φ但‖g(uK)‖＞ε，則令d(uK)＝g(uK)并轉(zhuǎn)步(8)；(c)若E(uK)≠Φ，則轉(zhuǎn)步(4)(4)調(diào)用子算法一，將固定的 換成uK得到{ni|i＝1，2，…，s}和g(uK)；(5)調(diào)用子算法二，得到Hs，Bs；(6)計(jì)算V→=(V1(uK),···,Vs(uK))T=-Bsg(uK)]]>Vh(uK)=min1≤i≤s{Vi(uK)}]]>d(uK)＝Hsg(uK)如果d(uK)≠0，轉(zhuǎn)步(8)，如果d(uK)＝0且Vh(uK)＜0，轉(zhuǎn)到步(7)；如果d(uK)＝0，Vh(uK)≥0則停止，此時(shí)uK為模型的K-T點(diǎn)；(7)在子算法二中用{ni|i＝1，2，…，s i≠h}替代{ni|1≤i≤s}而得到Hs-1，計(jì)算d(uK)＝Hs-1g(uK)后轉(zhuǎn)步(9)；
(8)不妨設(shè)指標(biāo)集E(uk)＝{L1，…，Lk}令D=D1D2]]>其中D1=(DL1T,···,DLkT)T]]>D2=(DLk+1T,···,DLmT)T]]>r=r1r2]]>求minJ(uk+λd(uk))st0≤λ≤λmax]]>的最優(yōu)解，設(shè)最優(yōu)解為λk并令uk+1＝uk+λkd(uk)，置k＝k+1，轉(zhuǎn)步(2)這里λmax=min{r^i/d^i|d^i>0}∞]]>d^i≠0]]>r^=r2-D2uk]]>d^i≤0]]>d^=D2d(uk)]]>(9)計(jì)算minλ∈ΛJ(uk+λd(uk)),]]>Λ＝{λ|λ≥0，uk+λd(uk)∈V}的最優(yōu)解，設(shè)為λk，并令uk+1＝uk+λkd(uk)，置k＝k+1，轉(zhuǎn)步(2)子算法一令4M+2N＝m，D=[D1T,···,DmT]T,]]>Di為1×M矩陣r＝[r1，…，rm]T令E(u)={i|Diu→=ri,i=1,2,···,m}]]>u→=[Δuf(t),···,Δuf(t+M-1)]=Δ[u1,···,uM]]]>g(u)=-▿J(u)=-[∂J∂u1,∂J∂u2,···,∂J∂uM]T]]>(1)讀入m，M，t，ejT=
1×M,]]>u→T=[u1,···,um],]]>ui＝_uf(t+i-1)i＝1，2，…，M，Di＝[di1，…，dim]；(2)令H0＝(e1，…，eM)為M×M單位陣；令i＝1；s＝0；對(duì)于固定的u→∈RM]]>給出E(u)的元素(按原順序排列)，不妨設(shè)E(u)＝{L1，L2，…，LK}；(3)計(jì)算di=Hi-1DLiT,]]>如果di＝0，轉(zhuǎn)步(5)；(4)置s＝s+1，ns=DLiT,]]>如果i＝K，轉(zhuǎn)步(6)，否則計(jì)算λi=1DLidi;]]>Hi=Hi-1-λididiT]]>置i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(5)如果i＝k，轉(zhuǎn)步(6)，否則置Hi＝Hi-1，i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(6)存儲(chǔ){ni|i＝1，2，…，s}停止；子算法二
(1)調(diào)用子算法一中的存儲(chǔ)Ns=[n1,···,ns]M×sT]]>(2)令H0＝I，d1＝n1，H1=H0-n1n1T/n1Tn1]]>B1=n1T/n1Tn1]]>并置i＝2，(3)di＝Hi-1niλi=1niTdi]]>Hi=Hi-1-λididiT]]>Bi=Bi-1(I-λinidiT)λidiT]]>若i＜s轉(zhuǎn)步(4)，若i＝s，轉(zhuǎn)步(5)；(4)置i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(5)存儲(chǔ)Hs、Bs。
3、約束輸出控制計(jì)算V→=(V1(uK),···,Vs(uK))T=-Bsg(uK)]]>Vh(uK)=min1≤i≤s{Vi(uK)}]]>d(uK)＝Hsg(uK)調(diào)用非線性約束新型算法求得uK為模型的K-T點(diǎn)，即最佳風(fēng)量輸入，從而保證了爐膛負(fù)壓的約束輸出控制?？刂破骺驁D如圖3所示。
4、仿真結(jié)果被控系統(tǒng)模型為A(z-1)y(t)＝B(z-1)u(t-1)+C(z-1)ξ(t)其中A(z-1)＝1-2.1z-1+1.25z-2B(z-1)＝z-5+1.9z-6C(z-1)＝1+0.38z-1ξ(t)是均值為零，方差為0.003的白噪聲。系統(tǒng)的時(shí)滯為6，遺忘因子為0.89控制時(shí)域?yàn)?1，柔化因子為0.78，輸入增量約束為|Δu(t)|≤3.5，輸入約束為|u(t)|≤4。約束控制仿真如圖4所示。
仿真結(jié)果表明輸入幅值和輸入增量都在約束范圍內(nèi)變化，同樣也可以控制輸出幅值在約束范圍內(nèi)變化，這種控制器適用于供水控制、爐膛負(fù)壓控制、蒸汽溫度控制、爐膛溫度控制、蒸汽壓力控制、排煙溫度控制等帶約束條件的鍋爐燃燒過程控制回路，對(duì)解決復(fù)雜工業(yè)過程有約束的被控對(duì)象控制問題，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明同樣適用于石油、化工、制藥、機(jī)械和航空航天等復(fù)雜工業(yè)過程控制。
權(quán)利要求
1.一種基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的最優(yōu)化控制方法，其特征是根據(jù)復(fù)雜工業(yè)過程控制的非線性和約束限制的特點(diǎn)，建立非線性約束的預(yù)測(cè)控制模型，利用新型約束廣義預(yù)測(cè)控制器求解最優(yōu)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了帶約束工業(yè)過程的優(yōu)化控制，具體包括約束模型建立、初始化、非線性約束預(yù)測(cè)控制方法及收斂性分析三個(gè)步驟(1)建立約束模型根據(jù)約束條件和廣義預(yù)測(cè)控制技術(shù)特征建立約束模型；(2)非線性約束預(yù)測(cè)控制方法利用新型約束廣義預(yù)測(cè)控制器求解最優(yōu)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了帶約束工業(yè)過程的優(yōu)化控制；(3)控制系統(tǒng)的收斂性根據(jù)非線性規(guī)劃、最優(yōu)化控制和預(yù)測(cè)控制理論對(duì)新型控制方法進(jìn)行收斂性分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的最優(yōu)化控制方法，其特征是根據(jù)復(fù)雜工業(yè)過程控制的非線性和約束限制的特點(diǎn)，建立非線性約束的預(yù)測(cè)控制模型，具體如下在給定約束條件的基礎(chǔ)上，建立約束模型如下確定系統(tǒng)的過程控制的帶約束模型為minJ=min{(Gu→+f→+e→-w→)T(Gu→+f→+e→-w→)+λ(Pu→+ζ→)T(Pu→+ζ→)}STDu→≤r]]>其中 D＝[I -I LT-LTGT-GT]T
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的最優(yōu)化控制方法，其特征是利用新型約束廣義預(yù)測(cè)控制器求解最優(yōu)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了帶約束工業(yè)過程的優(yōu)化控制，具體如下主算法(1)在可行域U→={u|Du→-r≤0,u∈Rm}]]>中任取一初始可行點(diǎn)u°，另取允許誤差ε＞0，并置k＝0；(2)確定指標(biāo)集E(uK)=i|Diu→=rii=1,2,···,m;]]>(3)檢驗(yàn)條件E(uK)＝Φ是否滿足；(a)若E(uK)＝Φ且滿足‖g(uK)‖≤ε，則迭代停止，此時(shí)uK為模型的K-T點(diǎn)；(b)若E(uK)＝Φ但‖g(uK)‖＞ε，則令d(uK)＝g(uK)并轉(zhuǎn)步(8)；(c)若E(uK)≠Φ，則轉(zhuǎn)步(4)(4)調(diào)用子算法一，將固定的 換成uK得到{ni|i＝1，2，…，s}和g(uK)；(5)調(diào)用子算法二，得到Hs，Bs；(6)計(jì)算V→=(V1(uK),···,Vs(uK))T=-Bsg(uK)]]>Vh(uK)=min1≤i≤s{Vi(uK)}]]>d(uK)＝Hsg(uK)如果d(uK)≠0，轉(zhuǎn)步(8)，如果d(uK)＝0且Vh(uK)＜0，轉(zhuǎn)到步(7)；如果d(uK)＝0，Vh(uK)≥0則停止，此時(shí)uK為模型的K-T點(diǎn)；(7)在子算法二中用{ni|i＝1，2，…，s i≠h}替代{ni|1≤i≤s}而得到Hs-1，計(jì)算d(uK)＝Hs-1g(uK)后轉(zhuǎn)步(9)；(8)不妨設(shè)指標(biāo)集E(uk)＝{L1，…，Lk}令D=D1D2]]>其中D1=(DL1T,···,DLkT)T]]>D2=(DLk+1T,···,DLmT)T]]>r=r1r2]]>求minJ(uk+λd(uk))st0≤λ≤λmax]]>的最優(yōu)解，設(shè)最優(yōu)解為λk并令uk+1＝uk+λkd(uk)，置k＝k+1，轉(zhuǎn)步(2)這里λnax=min{r^i/d^i|d^i>0}∞d^i≠0r^=r2-D2ukd^i≤0d^=D2d(uk)]]>(9)計(jì)算 Λ＝{λ|λ≥0，uk+λd(uk)∈V}的最優(yōu)解，設(shè)為λk，并令uk+1＝uk+λkd(uk)，置k＝k+1，轉(zhuǎn)步(2)子算法一令4M+2N＝m，D=[D1T,···,DmT]T,]]>Di為1×M矩陣r＝[r1，…，rm]T令E(u)=i|Diu→=rii=1,2,···,m]]>u→=[Δuf(t),···,Δuf(t+M-1)]=Δ[u1,···,uM]]]>g(u)=-▿J(u)=-[∂J∂u1,∂J∂u2,···,∂J∂uM]T]]>(1)讀入m，M，t，ejT=
1×M,u→T=[u1,···,um],]]>ui＝_uf(t+i-1)i＝1，2，…，M，Di＝[di1，…，dim]；(2)令H0＝(e1，…，eM)為M×M單位陣；令i＝1；s＝0；對(duì)于固定的u→∈RM]]>給出E(u)的元素(按原順序排列)，不妨設(shè)E(u)＝{L1，L2，…，LK}；(3)計(jì)算di=Hi-1DLiT,]]>如果di＝0，轉(zhuǎn)步(5)；(4)置s＝s+1，ns=DLiT,]]>如果i＝K，轉(zhuǎn)步(6)，否則計(jì)算λi=1DLidi;]]>Hi=Hi-1-λididiT]]>置i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(5)如果i＝k，轉(zhuǎn)步(6)，否則置Hi＝Hi-1，i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(6)存儲(chǔ){ni|i＝1，2，…，s}停止；子算法二(1)調(diào)用子算法一中的存儲(chǔ)Ns=[n1,···,ns]M×sT]]>(2)令 H0＝I，d1＝n1，H1=H0-n1n1T/n1Tn1]]>B1=n1T/n1Tn1]]>并置i＝2，(3) di＝Hi-1niλi=1niTdi]]>Hi=Hi-1-λididiT]]>Bi=Bi-1(I-λinidiT)λidiT]]>若i＜s轉(zhuǎn)步(4)，若i＝s，轉(zhuǎn)步(5)；(4)置i＝i+1，轉(zhuǎn)步(3)；(5)存儲(chǔ)片Hs、Bs。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的最優(yōu)化控制方法，其特征是根據(jù)非線性規(guī)劃、最優(yōu)化控制和預(yù)測(cè)控制理論對(duì)新型控制方法進(jìn)行控制系統(tǒng)的收斂性分析，新型控制方法所給的初始可行點(diǎn)很接近最優(yōu)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)控制的收斂性很有利，保證能在有限步內(nèi)給出最優(yōu)值；可按以下方面判別系統(tǒng)的收斂性(1)若集合Λ＝{u|J(u)≤J(u°)}是緊致的，u°為初始可行點(diǎn)，則主算法(a)在有限步內(nèi)收斂到模型的K-T點(diǎn)；(b)產(chǎn)生一無窮列{uk}，它為一個(gè)有界點(diǎn)列{uk}，它為一個(gè)有界點(diǎn)列，有且僅有有限個(gè)聚點(diǎn)，且其任何聚點(diǎn)都是模型的K-T點(diǎn)；(2)若集合Λ＝{u|J(u)≤J(u°)}是緊致的，u°為初始可行點(diǎn)，J(u)為可行域U上凹函數(shù)，則主算法或在有限步內(nèi)得到模型的最優(yōu)點(diǎn)，或產(chǎn)生一無窮點(diǎn)列{uk}，它的任何聚點(diǎn)均為模型的最優(yōu)點(diǎn)；(3)若主算法產(chǎn)生唯一的K-T點(diǎn)，則此K-T點(diǎn)即為模型的最優(yōu)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非線性約束預(yù)測(cè)控制的最優(yōu)化控制方法，屬于工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。通過研究工業(yè)鍋爐控制過程的非線性和輸入輸出及過程參數(shù)的約束條件問題，創(chuàng)建了一種帶約束條件的廣義預(yù)測(cè)控制快速收斂的控制方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)新型控制方法避開了傳統(tǒng)方法的逐點(diǎn)優(yōu)化、優(yōu)化時(shí)間長、難以充分利用有效信息和控制效果過多依賴簡(jiǎn)化的線性模型使精度降低等缺陷；2)新型控制方法拓寬了控制時(shí)域的選擇范圍；3)新型控制方法解決了廣義預(yù)測(cè)控制由于線性規(guī)劃不當(dāng)容易引起控制品質(zhì)過差，甚至難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制的問題；4)新型控制方法適于任意函數(shù)約束條件的復(fù)雜工業(yè)控制問題。
文檔編號(hào)G05B13/04GK1758161SQ20051011579
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者鄭德忠, 何群 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)