技術(shù)特征：

1.一種基于梯形區(qū)間軟約束的多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

步驟1，建立預(yù)測(cè)模型；

步驟2，計(jì)算預(yù)測(cè)輸出；

步驟3，反饋校正；

步驟4，在容忍區(qū)間外構(gòu)造梯形區(qū)間；

步驟5，計(jì)算優(yōu)化變量

步驟6，構(gòu)造多目標(biāo)函數(shù)；

步驟7，利用ε-約束法將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成單目標(biāo)問(wèn)題；

步驟8，利用序列二次規(guī)劃算法對(duì)主要目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，求取最優(yōu)控制增量序列，選取第一項(xiàng)作為當(dāng)前時(shí)刻的控制增量，與上一時(shí)刻控制量疊加得到當(dāng)前時(shí)刻的控制量，通過(guò)滾動(dòng)優(yōu)化，即可求得各個(gè)時(shí)刻的最優(yōu)控制量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形區(qū)間軟約束的多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：步驟1中，對(duì)被控對(duì)象為漸進(jìn)穩(wěn)定系統(tǒng)，階躍響應(yīng)在某一時(shí)刻后將趨于平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)對(duì)象的輸出y_i對(duì)其相應(yīng)輸入u_j的階躍響應(yīng)a_ij(t)可以近似地用有限集合加以描述并構(gòu)成模型向量：

a_ij＝[a_i1(1)...a_ij(N)]^T,i＝1,...,p；j＝1,...,m

其中，N為建模時(shí)域，p為系統(tǒng)輸出的個(gè)數(shù)，m為系統(tǒng)輸入的個(gè)數(shù)，i為系統(tǒng)第i個(gè)輸出，j為系統(tǒng)第j個(gè)輸入，a_i1(1)表示當(dāng)輸出為y_i時(shí)相應(yīng)輸入u₁的階躍響應(yīng)，a_ij(N)表示當(dāng)輸出為y_i時(shí)相應(yīng)輸入u_j的階躍響應(yīng)，T為矩陣轉(zhuǎn)置符號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形區(qū)間軟約束的多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，步驟2中，取預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)镻，控制時(shí)域?yàn)镸，則第i個(gè)輸出y_i的模型預(yù)測(cè)輸出為：

$y_{ci}\left(k\right)=y_{i0}\left(k\right)+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{A}_{ij}{\mathrm{\Δu}}_{jM}\left(k\right)---\left(1\right)$

式中，k表示當(dāng)前時(shí)刻，表示在k時(shí)刻第i個(gè)輸出的預(yù)測(cè)輸出向量，y_i(k+1,k)表示k時(shí)刻第i個(gè)輸出對(duì)k+1時(shí)刻的預(yù)測(cè)值，y_i(k+P,k)表示k時(shí)刻第i個(gè)輸出對(duì)k+P時(shí)刻的預(yù)測(cè)值；

表示在k時(shí)刻第i個(gè)輸出的初值向量，y_i0(k+1,k)表示k時(shí)刻第i個(gè)輸出在k+1時(shí)刻的初值，y_i0(k+P,k)表示k時(shí)刻第i個(gè)輸出在k+P時(shí)刻的初值；

表示由輸出y_i對(duì)應(yīng)輸入u_j的階躍響應(yīng)系數(shù)a_ij(t)組成的P×M矩陣，稱為動(dòng)態(tài)矩陣；

其中，表示為多入多出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)矩陣，Y_c(k)表示k時(shí)刻預(yù)測(cè)輸出，Y₀(k)表示k時(shí)刻初值，ΔU(k)表示k時(shí)刻控制增量；

將多變量系統(tǒng)預(yù)測(cè)輸出寫為矩陣形式：

Y_c(k)＝Y(jié)₀(k)+AΔU(k) (2)

其中，表示為多入多出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)矩陣，Y_c(k)表示k時(shí)刻預(yù)測(cè)輸出，Y₀(k)表示k時(shí)刻初值，ΔU(k)表示k時(shí)刻控制增量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形區(qū)間軟約束的多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：步驟3中，為了減小實(shí)際控制過(guò)程中存在的干擾及模型失配對(duì)預(yù)測(cè)輸出造成的影響，采用當(dāng)前時(shí)刻模型輸出與系統(tǒng)的實(shí)際輸出的差值對(duì)預(yù)測(cè)輸出進(jìn)行修正；

Y_cor(k)＝Y(jié)₀(k)+AΔU(k)+He(k) (3)

其中，e_i(k)＝y(tǒng)_i(k)-y_ci(k|k)為當(dāng)前時(shí)刻模型輸出與系統(tǒng)的實(shí)際輸出的差值；為誤差校正矩陣，h表示誤差校正系數(shù)，He(k)為差值與誤差校正矩陣的乘積，表示修正后的誤差；

時(shí)間基點(diǎn)從k時(shí)刻移到k+1時(shí)刻，則校正后的預(yù)測(cè)向量可通過(guò)移位構(gòu)成k+1時(shí)刻的初始預(yù)測(cè)值：

${\hat{y}}_{NO}(k+1)=S_0{\hat{y}}_{cor}(k+1)---\left(4\right)$

其中，為移位矩陣，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形區(qū)間軟約束的多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，步驟4中，根據(jù)工業(yè)過(guò)程對(duì)被控變量的實(shí)際要求，設(shè)置容忍區(qū)間上界y_max、容忍區(qū)間下界y_min、梯形區(qū)間上限y_HH、梯形區(qū)間下限y_LL以及預(yù)測(cè)時(shí)域P，并以此確定梯形區(qū)間的上下界，利用幾何方法求取梯形區(qū)間上下界的表達(dá)式；所述的容忍區(qū)間上下界包含理想目標(biāo)值y_sp，且當(dāng)被控變量被控制在此區(qū)間內(nèi)時(shí)，可保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及產(chǎn)品的質(zhì)量；求取梯形區(qū)間上下界的表達(dá)式的具體方法如下：

4-1、確定容忍區(qū)間上下界y_max、y_min，以及預(yù)測(cè)時(shí)域P；

4-2、建立預(yù)測(cè)時(shí)域P內(nèi)預(yù)測(cè)輸出的坐標(biāo)系，確定k時(shí)刻的容忍區(qū)間上下界，將k時(shí)刻的梯形區(qū)間上下限與k+P時(shí)刻容忍區(qū)間上下界相連，以此構(gòu)成梯形區(qū)間；

4-3、計(jì)算梯形區(qū)間上下界y_H、y_L的表達(dá)式

$y_H(k+j)=y_{HH}-\frac{j-1}{P-1}(y_{min}-y_{sp})---\left(5\right)$

$y_L(k+j)=y_{LL}+\frac{j-1}{P-1}(y_{sp}-y_{\min })---\left(6\right)$

其中，y_HH＝2y_max-y_sp，y_LL＝2y_min-y_sp，k為任意時(shí)刻；P為預(yù)測(cè)時(shí)域；j＝1,…,P為數(shù)字序列；y_max為容忍區(qū)間上界；y_min為容忍區(qū)間下界；y_H(k+j)為各預(yù)測(cè)時(shí)刻梯形區(qū)間的上界；y_L(k+j)為各預(yù)測(cè)時(shí)刻梯形區(qū)間的下界。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形區(qū)間軟約束的多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：步驟5中，利用輸出預(yù)測(cè)值Y_c與梯形區(qū)間的位置關(guān)系，確定優(yōu)化變量的表達(dá)式，以優(yōu)化變量構(gòu)成梯形區(qū)間軟約束；優(yōu)化變量的含義是，當(dāng)輸出預(yù)測(cè)值Y_c在梯形區(qū)間外時(shí)，表示輸出預(yù)測(cè)值Y_c到最近的梯形區(qū)間界限的距離；當(dāng)輸出預(yù)測(cè)值Y_c在梯形區(qū)間內(nèi)部時(shí)，的值恒為零，的表達(dá)式為：

式中，Y_c為k時(shí)刻輸出預(yù)測(cè)值；Y_H為k時(shí)刻梯形區(qū)間上界；Y_L為k時(shí)刻梯形區(qū)間下界。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形區(qū)間軟約束的多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：步驟6中，利用設(shè)定值控制項(xiàng)和梯形區(qū)間軟約束項(xiàng)的二次性能指標(biāo)構(gòu)成兩個(gè)優(yōu)化函數(shù)，有如下形式：

${\mathrm{minJ}}_1=\left|\right|Y_c\left(k\right)-Y_{sp}|{{|}^2}_R+|\left|\mathrm{\Δ}U\left(k\right)\right|{{|}^2}_S---\left(8\right)$

約束條件為：

Δu_min≤Δu(k+i)≤Δu_max

u_min≤u(k+i)≤u_max

i＝0,1,…,M-1

式中，為k時(shí)刻的優(yōu)化變量；Y_c(k)為k時(shí)刻的預(yù)測(cè)值；Y_sp為理想目標(biāo)值；ΔU(k)為k時(shí)刻的控制增量序列；M為控制時(shí)域；Δu_min、Δu_max為控制增量上下限；u_min、u_max為控制量上下限；R為設(shè)定值控制項(xiàng)的權(quán)值；S為MV軟約束項(xiàng)的權(quán)值；Q為梯形區(qū)間軟約束項(xiàng)的權(quán)值。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形區(qū)間軟約束的多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：步驟7中，采用ε-約束法對(duì)多目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將設(shè)定值控制項(xiàng)作為主要目標(biāo)函數(shù)，將梯形區(qū)間軟約束項(xiàng)作為約束函數(shù)并輔加一個(gè)限制域ε_i，將其轉(zhuǎn)變成主要目標(biāo)函數(shù)的約束條件，并利用迭代算法對(duì)約束函數(shù)的限制域ε_i進(jìn)行優(yōu)化，逐步縮小限制域的區(qū)間范圍；數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

${\mathrm{minJ}}_1\left(k\right)=\left|\right|Y_p\left(k\right)-y_{sp}|{|}_R^2+|\left|\mathrm{\Δ}U\left(k\right)\right|{|}_S^2---\left(10\right)$

s.t minJ₂(k)≤ε_i

Δu_min≤Δu(k+i)≤Δu_max

u_min≤u(k+i)≤u_max,(i＝0,1,…,M-1)

y_min≤y(k+jk)≤y_max,(j＝1,2,…,P)

其中：J₁(X)表示多目標(biāo)問(wèn)題中的主要目標(biāo)；J₂(X)表示非主要目標(biāo)；ε_i為約束函數(shù)J₂(X)的上限；Δu_min、Δu_max為控制增量上下限；u_min、u_max為控制量上下限；M為控制時(shí)域。