一种抑制超调的快速跟踪预测控制律电池测试

一种抑制超调的快速跟踪预测控制律

一种抑制超调的快速跟踪预测控制律 2011年12月09日 来源： 1引言 实际工业过程中，超调将产生不良后果，甚至激发不安全因素，因此往往要求无超调控制，但超调与快速性相矛盾，不可兼得。在一些快速响应过程中，如航行器航向控制，当航行器转向时，应当以近似一阶系统的形式逐步转到设定航向，避免超调出现，且舵角变化不能太大，但同时要求航行器机动灵活，即转向的快速性。GPC(Generalized Predictive Control广义预测控制)优于第二代预测控制器在于其计算量小，跟踪速度加快，适用于快速响应过程的控制，其良好的性能在工业过程控制中已充分体现。从理论上讲，GPC的动态响应与预测长度N、柔化系数α和加权系数λ有关。为兼顾控制的跟踪速度和对超调的要求。在应用GPC时，必须选择合适的控制参数，在线修改加权系数λ和柔化系数α，以改善控制品质。这不仅进一步加大了在线计算量，并且需要根据不同的控制对象进行反复实验确定参数值的合理范围。本文提出一种充分利用预测信息的广义预测方法，用控制增量的变化趋势对由开环最优控制求出的控制量进行修正，兼顾控制的跟踪速度，抑制超调的出现，改善了过程的动态特性。2抑制超调快速跟踪广义预测控制 在GPC中，采用了最小方差控制中所用的受控自回归积分滑动平均模型来描述受到随机干扰的对象 式中，z－1为延迟算子，y(t)为输出，u(t)为控制变量，w(t)为不相关的随机序列，Δ＝(1－z－1)为差分算子。考虑下述丢潘图方程 其中，Ej，Fj由A(z－1)和预测长度j唯一确定的多项式。则y(t＋j)的最优预测值为 这样，根据已知的输入输出信息及未来的输入值，就可以预测对象未来的输出，式(2—5)就是GPC的预测模型。在式(2—5)中，记Gj＝EjB，结合式(2—2)可得 现在可以定义一个预测控制律，它使下面的性能指标最小：　 式中E为数学期望，yr为理想输出值，N1和N2分别为优化时域的始终值，Nu为控制时域，即在Nu步后控制量不再变化；u(t＋j＋1)＝u(t＋Nu－1)，j＞Nu。将式(2—5)写成向量形式 相应的控制律可由下式给出：　 显然，作一次预测指令计算，可以同时得到Nu个控制指令，但是，除了第一个指令输入给实际系统外，其它Nu－1个指令则舍弃不用。因此，即时最优控制为： 其中，是矩阵(GTG＋λI)－1GT的第一行。但是用式(2—9)计算出的控制增量直接跟踪可能带来大幅超调而导致的长时间振荡，导致瞬态响应性能下降。一般根据设定值yr，选取如下的一阶滤波方程 yr(t)＝y(t)

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