预测函数控制

摘要： 迭代学习模型预测控制(Iterative learning model predictive control,ILMPC)具备较强的批次学习能力及突出的时域跟踪性能,在批次过程控制中发挥了重要作用.然而对于具有强非线性的快动态批次过程,传统的迭代学习模型预测控制很难实现计算效率与跟踪精度之间的平衡,这给其应用带来了挑战.对此本文提出一种高效迭代学习预测函数控制策略,将原非线性系统沿参考轨迹线性化得到二维跟踪误差预测模型,并在控制器设计中补偿所产生的线性化误差,构造优化目标函数为真实跟踪误差的上界.为加强优化计算效率,在时域上结合预测函数控制以降低待优化变量维数,从而有效降低计算负担.结合终端约束集理论,分析了迭代学习预测函数控制的时域稳定性及迭代收敛性.通过对无人车和典型快速间歇反应器的仿真实验验证所提出算法的有效性.

摘要： 为了降低薄板烘丝机排潮负压的变异系数,解决负压检测管路周期反吹影响每批次的变异系数值。对料头和生产过程中反吹时采用不同的预测函数控制嵌入到PID控制,对薄板烘丝机排潮压力值变异系数进行控制,实验结果多项式函数预测效果略优于动态函数预测效果,有效地降低了每批次排潮压力的变异系数。

摘要： 本文针对空空导弹姿态控制存在模型非线性和时变性、控制约束等问题进行了基于广义扩张状态观测器、预测函数控制和改进障碍内点法的过载自动驾驶仪的设计.首先,建立导弹的动力学模型.然后,采用广义扩张状态观测器观测并补偿系统中的集总扰动,采用预测函数控制设计控制器,设计带控制约束的优化问题并转化成二次规划问题.采用改进的障碍内点法对二次规划问题进行快速求解,在保证控制性能的同时提高实时性.最后,通过仿真对比验证了本方案的有效性和可行性.

摘要： 为了降低薄板烘丝机排潮负压的变异系数,解决负压检测管路周期反吹影响每批次的变异系数值.对料头和生产过程中反吹时采用不同的预测函数控制嵌入到PID控制,对薄板烘丝机排潮压力值变异系数进行控制,实验结果多项式函数预测效果略优于动态函数预测效果,有效地降低了每批次排潮压力的变异系数.

摘要： 为了优化汽轮机控制系统的性能,本文结合某型凝汽式汽轮机控制系统,建立了汽轮机控制系统的数学模型,并采用预测函数控制方式设计了控制器,根据MATLAB平台验证控制方法.结合仿真结果可以确定在处理汽轮甩负荷阶段,对比传统的PID控制器,预测函数控制方式具有更加优质的性能,在极大程度上改进了瞬态调速率和稳定时间,预测函数控制具有简单的计算方式,调节工作也非常方便,可以改善汽轮机系统的整体品质.

摘要： 针对粮食储存温度控制系统,具有的非线性及大滞后性等问题,提出了一种基于预测-模糊比例-积分-微分控制器(process identifier,PID)的控制方法.首先利用预测函数控制(predictive functional control,PFC)算法,对粮仓温度进行提前预测,反馈校正环节校正误差,使其很好地跟踪实际值.然后通过内模(internal model control,IMC)整定PID参数,制定合适的模糊控制规则进行自适应调整.结果 表明:基于PFC的模糊内模比例-积分-微分控制器(fuzzy internal model control-process identifier,Fuzzy IMC-PID)控制器比传统的PID控制器具有调节时间短、超调小、鲁棒性强等优点,满足了现代粮仓的需求.

摘要： 针对目前国内外流化床使用中存在的温度控制问题,设计一种以S71500 PLC为核心,通过SCL语言编写预测函数控制算法,可以实时且精确监控流化床温度的系统.系统中采用了电加热管、温度控制器、模拟量模块、PT100、变频器、电机和触摸屏,利用一种结构化的设计方法,在不同风量下,设定不同的温度值,进行了多次测试,同时对相同条件下的PID控制进行了比较.测试和比较结果表明,所设计系统检测精度高,控制速度快,数据较为稳定,具有很好的应用前景.

摘要： 为满足弹道导弹闭路制导对姿态跟踪精度的要求,提出了一种基于预测函数控制的控制方法。在弹体飞行过程中,控制系统通过预测函数控制的滚动优化、反馈校正,可以有效地抑制规律不明的信号,得到稳定的控制指令。仿真结果表明,基于预测函数控制的姿态控制器可在具有强干扰和模型失配的情况下良好地实现闭路制导控制指令,具有较高的控制精度和较强的鲁棒性。

摘要： 为了弥补PID(比例-积分-微分)控制的不足,应用PFC(预测函数控制)提高脱硝优化控制系统响应速度,提高催化剂出口氮氧化物浓度的控制精度,减少过量喷氨,应对复杂的环境干扰,改善系统的控制品质.根据脱硝系统的过程特点进行模型辨识,构建一组以喷氨量及催化剂出口氮氧化物浓度为输入和输出,同时考虑多重干扰及环境影响的模型;将预测函数控制算法在PLC(可编程逻辑控制器)平台上实现,考虑到过程的时滞特性,形成整体的控制方案,设计一套自动控制催化剂出口氮氧化物浓度的脱硝优化控制平台,控制氮氧化物浓度在环保目标以内;在脱硝优化平台部署后72 h内,对平台性能进行监控和分析,对影响催化剂出口氮氧化物浓度的工况进行记录,从总体效果来看,该方案应用简单,方便对模型在线调参,在抑制扰动方面具有更快的响应速度,同时具有更高的自动化水平.

摘要： 针对传统的预测函数控制对非线性强和结构多变的实际对象控制效果不佳问题，提出了一种基于Wiener 模型的非线性预测函数控制(PFC)方法。通过引入支持向量机回归方法，建立Wiener 模型中非线性部分的逆模型，在输出反馈和参考轨迹上分别添加一个Wiener 模型中非线性部分的逆模型，将非线性预测函数控制转化为线性预测函数控制，用线性优化算法解决非线性预测函数控制问题，避免了复杂的非线性优化。pH 中和过程的计算机仿真结果表明，该方法比PID 控制效果更好而且对模型失配具有很好的自适应性能。

摘要： 提出了一种基于遗传算法的广义T-S 模糊模型预测函数控制算法。首先利用减法聚类确定隶属度函数中心和模糊规则数，然后利用遗传算法同时对广义T-S 模型的其他前提参数和结论参数进行辨识，并进行全局寻优。最后将本文提出的算法应用在具有强非线性特性的PH 中和过程中，仿真结果表明：本文算法具有较小的超调和较好的跟踪能力。

摘要： 针对由主、副被控对象级联而成的大纯滞后系统,提出一种内回路采用PI控制、外回路采用具有比例因子自调整的模糊增量型预测函数控制策略,它将预测函数控制和具有比例因子自调整的模糊控制进行综合来共同控制由内回路和主被控对象构成的广义被控对象.大量的仿真实验表明:本方法较其他方法控制效果更好,即使在模型严重失配时,本方法仍具有很强的鲁棒性和抗干扰能力.

摘要： 介绍了两类非线性对象的特征模型建立,在此基础上,将该非线性的特征模型引入预测函数控制(PFC),从而获得基于特征模型的非线性预测函数控制算法.通过系数区间的建立克服特征模型慢时变系数的在线辨识问题,使得这种控制算法与传统的PFC相比,具有简单易用、适用范围广的特点.最后,结合饲料制粒机的控制问题,给出了应用实例.

摘要： 本文针对基本预测函数控制只能用于线性对象的控制这一不足,提出一种基于T-S模糊模型的非线性预测函数控制策略.利用模糊聚类和加权最小二乘法对非线性对象进行离线辨识.由于T-S模糊模型每条规则结论部分是一个线性模型,因此整个模糊模型可以看作一个线性时麦系统.将辨识得到的T-S模糊模型应用于预测函数控制,从而解决了非线性预测函数控制非线性优化的难题.仿真结果表明,该方法具有良好的控制效果.

摘要： 间歇反应过程通常涉及到一些时变和非线性的因素,使得建立用固定的数学模型很难实现很好的控制,本文兼顾控制效果与可实施性,选择多模型切换的手段来解决.对于反应最复杂最难控制的阶段,则采用改进的预测函数控制.在整个方案的实现上,使用了西门子公司最为先进的PCS7系统,使算法实现更为便捷、可靠.运行结果表明,该方案对间歇反应过程有很好的控制效果.

摘要： 饲料制粒机一般由送料单元、调质器单元以及制粒单元等部分组成,是饲料机械中的关键设备之一。其中调质器单元属于多变量耦合对象,因而使得饲料制粒机通常只能采取手工操作,生产效率低。建立了调质器单元的双输入双输出数学模型,并进行了解耦设计,对饲料制粒机的自动控制系统设计进行了研究,为了提高控制效果,将预测函数控制技术引入到饲料制粒机的自动控制。实际运行表明,这种控制方法能在正常制粒的同时,实现满负荷运行。

摘要： 为了提高液压伺服系统的跟踪性能和鲁棒性,将预测函数控制(PFC)和PID控制相结合,提出了一种PFC-PID串级控制策略。内环采用PID控制来提高抗干扰性,把内环作为外环PFC控制的广义对象,对广义对象进行拟合简化得到一阶加纯滞后系统,作为PFC的预测模型,外环采用PFC来获得良好的跟踪性能和鲁棒性。通过仿真及与PID控制的比较表明,PFC-PID串级控制策略能够改善液压伺服系统的控制特性。

摘要： 基于机理建模的原理,建立了间歇精馏过程的动态模型,在此基础上采取了预测函数控制原理与径向基函数神经网络相结合的控制算法,设计了RBF-PFC控制器.该方法利用了神经网络的结构特性和自学习能力,使单纯的预测函数控制算法结构化,对于二阶及以上的控制对象取得了良好的控制效果.仿真结果与PID控制效果进行了比较,结果表明PFC-RBF控制算法对于复杂的动态系统能够取得令人满意的控制效果.

摘要： 建立了新型的模型预测控制方法--预测函数控制(PFC)与传统的广义预测控制(GPC)的联系.首先推导了基于含有色噪声的自回归增量滑动平均(CARIMA)模型的预测函数控制的控制律,然后通过选取不同的基函数获取PFC控制律的形式并与GPC控制律进行比较.从而证明了在一定的基函数的选取方式下,基于CARIMA模型的PFC算法和GPC算法是等价的.揭示了PFC与GPC两者之间深刻的内在联系,为PFC的工程应用提供了理论保证.

摘要： 本发明公开了一种基于预测函数控制与模糊控制的PI控制器参数自整定方法，该方法基于预测函数控制(PFC)与模糊控制来整定PI控制器参数，在保证控制具有较高的精度和稳定性的同时，也保证计算过程相对简单。本方法首先建立系统的非最小状态空间模型；然后基于PFC来整定PI控制器参数初值，最后基于模糊控制进行参数在线调整，有效提高了控制的精度与稳定性。

摘要： 本发明公开了一种基于预测函数控制的前轮转向车辆车道保持控制方法，包括如下步骤：确定车辆的物理参数；根据车辆的动力学关系建立偏差状态空间模型；根据车辆当前所处位置，获得车辆的参考行驶状态；采集车辆的实际行驶状态，计算当前时刻的横向偏差；使用预测函数控制方法计算前轮转角以保证车辆在车道中心线行驶；将计算出的前轮转向角度送给转角控制执行单元，滚动优化求解。利用本发明方法，能够使前轮转角车辆在各类道路上保持在车道中心行驶，车辆可以迅速响应车道中心线的变化，同时具有超调量小，稳定等优点。

摘要： 本发明公开了一种基于扩展状态空间预测函数控制的积分对象控制方法，包括如下步骤：步骤(1).根据被控积分对象的阶跃响应数据建立其传递函数模型；步骤(2).将传递函数模型转换为扩展状态空间模型；步骤(3).设计基于扩展状态空间模型的预测函数控制器。本发明通过数据采集、模型建立、模型转换、预测机理、误差校正等手段，有效地抵抗了积分对象中受到的干扰，同时扩展状态空间模型也为控制器的设计提供了更多的自由度，进一步推进了扩展状态空间预测函数控制的应用。

摘要： 本发明公开了一种在单片机上基于预测函数控制的电机跟踪控制方法，包括以下步骤：步骤1，检测被控电机系统的单位阶跃响应，获得系统参数；步骤2，搭建电机跟踪控制装置，该装置包括依次连接的A/D转换模块，单片机和D/A转换模块，并在单片机上实现预测函数控制算法；步骤3，通过A/D模块采集主动电机与从动电机的相位电压差；步骤4，在单片机上使用预测函数控制算法计算从动电机电压输入；步骤5，通过D/A模块将数字电压转换为模拟电压并施加在从动电机上；步骤6，重复步骤3～5，实现电机跟踪的实时控制。利用本发明，可以实现多路信号的采集和控制，提高集成度，降低成本，且具有更好的稳定性和动态性能。

摘要： 本发明公开了属于随机系统输出分布控制领域，特别涉及一种基于预测函数控制的分子量输出PDF控制方法。采用线性B样条函数逼近方法，将分子量的输出概率密度函数表示为预先确定的基函数的线性组合，在确定所有基函数后，通过控制权值向量就可以逼近系统输出概率密度函数，构建聚合材料的分子量输出PDF模型；预测函数控制算法实现分子量输出分布的跟踪控制，采用quadprog函数来求解在限定范围内的最优解。本发明进一步完善分子量分布控制的研究，对比于广义预测控制算法，计算量小，缩短了控制算法的时间，提高了控制的实时性；同时预测函数控制具有规律性，使得系统能够更快的收敛到期望的输出，提高了系统的控制性能和稳定性。

摘要： 本发明公开了一种分数阶状态空间预测函数控制的储液罐液位控制方法。本发明该方法首先采用Grünwald‑Letnikov分数阶微积分定义将分数阶状态空间模型转化为离散形式，然后基于分数阶状态空间模型得到预测输出模型，并将分数阶积分引入目标函数，最后基于分数阶状态空间模型和选取的目标函数设计了分数阶状态空间预测函数控制器。本发明可以很好地运用于分数阶模型描述的实际过程对象，改善了基于整数阶状态空间模型的PFC方法控制分数阶系统的不足之处，同时增加了调节控制器参数的自由度，获得了良好的控制性能，并能很好地满足蒸馏塔实际生产过程的需要。

摘要： 本发明公开了一种基于预测函数控制与模糊控制的PI控制器参数自整定方法，该方法基于预测函数控制(PFC)与模糊控制来整定PI控制器参数，在保证控制具有较高的精度和稳定性的同时，也保证计算过程相对简单。本方法首先建立系统的非最小状态空间模型；然后基于PFC来整定PI控制器参数初值，最后基于模糊控制进行参数在线调整，有效提高了控制的精度与稳定性。

摘要： 本发明涉及一种基于预测函数控制的水面USV航向控制方法，属于控制技术领域。针对水面USV存在操舵约束的情况和航行过程中存在风浪流等扰动的航向控制问题，本发明方法采用采用基于预测函数控制的航向控制器，控制器采用先预测后控制的思想，在线求解最优控制量的过程中充分考虑上述约束及干扰对航向控制的影响，从而实现对干扰的及时补偿。通过将该航向控制器与基于经典PID算法的水面USV航向控制器进行航向保持和航向跟踪的对比仿真实验，验证了基于预测函数控制的航向控制器有更好的航向保持和航向跟踪效果。

摘要： 本发明公开了一种基于预测函数控制的前轮转向车辆车道保持控制方法，包括如下步骤：确定车辆的物理参数；根据车辆的动力学关系建立偏差状态空间模型；根据车辆当前所处位置，获得车辆的参考行驶状态；采集车辆的实际行驶状态，计算当前时刻的横向偏差；使用预测函数控制方法计算前轮转角以保证车辆在车道中心线行驶；将计算出的前轮转向角度送给转角控制执行单元，滚动优化求解。利用本发明方法，能够使前轮转角车辆在各类道路上保持在车道中心行驶，车辆可以迅速响应车道中心线的变化，同时具有超调量小，稳定等优点。

摘要： 本实用新型公开了一种预测函数控制的预测值实现电路。本实用新型包括指数电路、模型预测电路和校正输出电路。指数电路包括运算放大器A1、A2、A3、A4、三极管VT1、VT2、VT3、VT4、二极管D1、D2、电容C1、C2、C3、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10。模型预测电路包括第一乘法电路和第二乘法电路。校正输出电路包括运算放大器A8、A9、电容C7、电阻R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33。本实用新型采用电子电路实现了预测函数控制的预测值输出电路，从而使得在实时控制过程中，节省了计算机与各个模块的通讯时间，缩短了控制周期。