MPC(模型預測控制)之一


MPC : Model Prective Control (模型預測控制)

         作用:工業控制,自適應控制,內模控制

         特點:基於閉環優化控制策略 注:閉環(閉環結構)也叫反饋控制系統,是將系統輸出量的測量值與所期望的給定值相比較,由此產生一個偏差信號,利用此偏差信號進行                                                           調節控制,使輸出值盡量接近於期望值。

         組成

       

 

     滾動優化:預測控制的一次優化不是一次離線進行的,而是隨着采樣時刻的前進反復地在線運行。滾動優化與全局優化不同,滾動優化在每一個時刻的優化指標只涉及從當前時刻起到未來的某個時間內,而到了下一時刻,這一優化時刻同事向前推移,不斷進行在線優化。

    PID: 比例積分微分控制 :
   

小明接到這樣一個任務:

有一個水缸點漏水(而且漏水的速度還不一定固定不變),要求水面高度維持在某個位置,一旦發現水面高度低於要求位置,就要往水缸里加水。 

小明接到任務后就一直守在水缸旁邊,時間長就覺得無聊,就跑到房里看小說了,每30分鍾來檢查一次水面高度。水漏得太快,
每次小明來檢查時,水都快漏完了,離要求的高度相差很遠,小明改為每3分鍾來檢查一次,結果每次來水都沒怎么漏,不需要加水,來得太頻繁做的是無用功。
幾次試驗后,確定每10分鍾來檢查一次。這個檢查時間就稱為采樣周期。 

開始小明用瓢加水,水龍頭離水缸有十幾米的距離,經常要跑好幾趟才加夠水,於是小明又改為用桶加,一加就是一桶,跑的次數少了,加水的速度也快了,
但好幾次將缸給加溢出了,不小心弄濕了幾次鞋,小明又動腦筋,我不用瓢也不用桶,老子用盆,幾次下來,
發現剛剛好,不用跑太多次,也不會讓水溢出。這個加水工具的大小就稱為比例系數。 

小明又發現水雖然不會加過量溢出了,有時會高過要求位置比較多,還是有打濕鞋的危險。他又想了個辦法,在水缸上裝一個漏斗,
每次加水不直接倒進水缸,而是倒進漏斗讓它慢慢加。這樣溢出的問題解決了,但加水的速度又慢了,有時還趕不上漏水的速度。
於是他試着變換不同大小口徑的漏斗來控制加水的速度,最后終於找到了滿意的漏斗。漏斗的時間就稱為積分時間 。

小明終於喘了一口,但任務的要求突然嚴了,水位控制的及時性要求大大提高,一旦水位過低,必須立即將水加到要求位置,而且不能高出太多,否則不給工錢。
小明又為難了!於是他又開努腦筋,終於讓它想到一個辦法,常放一盆備用水在旁邊,一發現水位低了,不經過漏斗就是一盆水下去,這樣及時性是保證了,但水位有時會高多了。
他又在要求水面位置上面一點將水鑿一孔,再接一根管子到下面的備用桶里這樣多出的水會從上面的孔里漏出來。這個水漏出的快慢就稱為微分時間。

拿一個水池水位來說,我們 可以制定一個規則,
把水位分為超高、高、較高、中、較低、低、超低幾個區段;
再把水位波動的趨勢分為甚快、快、較快、慢、停幾個區段,並區分趨勢的正負;
把輸出分為超大幅 度、大幅度、較大幅度、微小幾個區段。

當水位處於中值、趨勢處於停頓的時候,不調節; 
當水位處於中值、趨勢緩慢變化的時候,也可以暫不調節;
當水位處於較高、趨勢緩慢變化 的時候,輸出一個微小調節兩就夠了;
當水位處於中值、趨勢較快變化的時候,輸出進行叫 大幅度調節……。

如上所述,我們需要制定一個控制規則表,然后制定參數判斷水位區段的界值、波動趨 勢的界值、輸出幅度的界值。

 


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