实例介绍
【实例简介】
介绍MPC，简介预测控制 动态矩阵能直接处理带有纯滞后的对象，对大惯性有很强的适应能力， 又有良好的跟踪性能和较强的鲁棒性，并且对模型精度要求低，所以在工业过程中有很强的适用性。本文针对DMC算法进行研究，并在此基础上用matlab进行了系统仿真验证了该算法的优点。
口经验交流口 仪器仪表用户 P已知的情况下,控制时域长度M越小,越难保证输出在各采能的 Window标准图形用户界面,使优化问题操作简单方便。 样点紧密跟踪期望输出值,系统的响应速度比较慢,但容易得在 Matlab制作图形用户界而(GUI)的设计环境下,用M文件 到稳定的控制和较好的鲁棒性;控制时域长度M越大,控制来进行CU编程,使GU设计变得简单、快捷。 的机动性越强,能够改善系统的动态响应,增大了系统的灵活 首先在Meab的命令窗下输人 guide命令或者利用文件 性和快速性,提高控制的灵敏度,但是系统的稳定性和鲁棒性菜单中的new选项下的GUI,即可以进入CUI设计窗口。从 变差。因此,控制时域长度的选择应兼顾快速性和稳定性。 窗口的左侧工具栏中选取需要的控件,绘制在右侧锥形窗口; 4)控制加权系数 双击各控件图标,即打开该控件属性对话框,对其进行属性设 控制加权系数主要用于限制控制增量的剧烈变化,使控置。保存图形界面时,系统将直动生成一个同名的m文件,打 制量的变化趋于平缓,以防止超出限制范围或发生剧烈振荡,开此程序文件,对图形界面各控廾的回调函数 Callback()增 减少对系统的过大冲击。增加控制值加权系数的值,控制作加所需的程序代码,以完成各种操作。设计完成之后的得到 用减弱,闭环系统稳定,输出响应速度减慢,有益于增加系统的界面如图4所示。 的稳定性;但过人的控制加权系数会使控制量的变化极为缓 动态矩阵控制算法仿真 慢,系统得不到及时的调节,反而会使动态特性变坏7。 拴制牌出图 积样周期 预測时域斑度「F 动态矩阵控制算法的优点 I)直接在控制算法中考虑预测变量和控制变量的约束条 控制时域长度M=1 件,用满足约束条件的范围求出最优预测值 输入戏象横型 控淛权系数 2)把控制变量与预测变量的权系数矩阵作为设计参数, 系统设定值 在设计过程中通过仿真调节鲁棒性好的参数值。 3)预测变量和控制变量较多的场合,或者控制变量的的 设定在给出的目标值范围内,只是具有自由度,预测变量的定 图4动态矩阵控制算法界面设计 常状态值被认为是有无数组组合。 5结束语 4)从受控对象动态特性设定到最后作为仿真来确定控制性 由上述仿真结果可以知道,动态矩阵控制效果比传统 能为止。DMC算法以直接作为控制量,在控制中包含了数字积PID的控制效果好。动态矩阵控制采用工程上容易得到的阶 分环节,因此,即使在模型失配的情况下,也能得到无静差控制。 跃响应作为数学模型、运算量小、算法简单、在线实时方便,具 4仿真研究 有良好的调节品质和很强的鲁棒性,能抑制被控对象的大迟 针对被控对象C(s)=12 滞特性,能够满足生产现场的需要,获得满意的控制效果,因 17.2s+ 进行仿真,取采样周期 而有良好的应用前景。同时基于 Matlab汝计实现了动态矩阵 T=2s,模型时域长度为N=90,预测时域长度P=6,控制时控制算法图形用户界面,为动态矩阵控制算法提供了一个简 域长度M=1,控制权系数A=1,系统设定值y,=1。对模型在 单实用的平台。由于 Matlab具有良好、开放的可扩展性,在应用 阶跃扰动下进行仿真,得到如图2所示的控制曲线,可以知道中,用户可以根据实际问题编写相应的函数文件,在CU平台输 控制效果较好。 入要修改的参数即可完成优化求解操作简单、非常实用。口 与传统的PID控制器的控制效果进行比较,其中传统 参考文献 PD的参数采用工程整定法中的动态特性参数法(又称Z-N L1]李国勇.智能控制及其 MATLAB实现[M]北京:电子工业 整定法),得到的参数为Kp=1.5,T1=1,T=0.5,仿真结果 出版社,2005:285-289 如图3所示。 2]席裕庚预测控制[M].北京:国防工业出版社,1993 [3]周福恩,毕效辉.动态矩阵控制算法在过程控制中的应用研 究[J].南通航运职业技术学院学报,2005,4(1)4345 [4]何同祥,常宁青.动态矩阵控制算法在工业电加热炉温度控 制中的应用[J.仪器仪表用户,2011,(01):28-30 04 [5}李玉红,刘红军,王东风,韩璞.一种新型的动态矩阵控制算 法及仿真研究[J]计算机学报,2005,22(2):103-109 1015公23 [6]周忠海,张涛,陈哓高.基于动态矩阵控制算法的电加热炉 图2DMC仿真纬果图 图3传统Pm仿真结果图 温度控制系统[J].山东科学,2005,18(5):7073 我们知道传统的PID控制超调量过大,稳定时间长,控制 7]触晓红,周佳精通GUI图形界面编程[M].北京:北京大学 模型和参数需要比较精确,否则控制性能不会很好,而采用动 出版社,2003 作者简介:杨丽华(1987-),女,在读硕士研究生,主要从事预测控制方 态矩阵控制算法则大大地抑制了超调量,消除了振荡,也缩短 面的研究工作;赵文杰(1969-),男,华北电力大学控制科学与工程学 了平衡时间,控制效果好。 院副教授,主要从事热工过程的信息融合与先进控制方面的研究 根据上述动态矩阵控制算法的基本流程及其操作编制成工作 相应的m函数文件。这个设计包含动态矩阵控制算法优化功收稿日期20120418 66EcVo.192012No,4 欢迎光临本刊网站 http://www.yqybyh.com 【实例截图】
【核心代码】
介绍MPC，简介预测控制 动态矩阵能直接处理带有纯滞后的对象，对大惯性有很强的适应能力， 又有良好的跟踪性能和较强的鲁棒性，并且对模型精度要求低，所以在工业过程中有很强的适用性。本文针对DMC算法进行研究，并在此基础上用matlab进行了系统仿真验证了该算法的优点。
口经验交流口 仪器仪表用户 P已知的情况下,控制时域长度M越小,越难保证输出在各采能的 Window标准图形用户界面,使优化问题操作简单方便。 样点紧密跟踪期望输出值,系统的响应速度比较慢,但容易得在 Matlab制作图形用户界而(GUI)的设计环境下,用M文件 到稳定的控制和较好的鲁棒性;控制时域长度M越大,控制来进行CU编程,使GU设计变得简单、快捷。 的机动性越强,能够改善系统的动态响应,增大了系统的灵活 首先在Meab的命令窗下输人 guide命令或者利用文件 性和快速性,提高控制的灵敏度,但是系统的稳定性和鲁棒性菜单中的new选项下的GUI,即可以进入CUI设计窗口。从 变差。因此,控制时域长度的选择应兼顾快速性和稳定性。 窗口的左侧工具栏中选取需要的控件,绘制在右侧锥形窗口; 4)控制加权系数 双击各控件图标,即打开该控件属性对话框,对其进行属性设 控制加权系数主要用于限制控制增量的剧烈变化,使控置。保存图形界面时,系统将直动生成一个同名的m文件,打 制量的变化趋于平缓,以防止超出限制范围或发生剧烈振荡,开此程序文件,对图形界面各控廾的回调函数 Callback()增 减少对系统的过大冲击。增加控制值加权系数的值,控制作加所需的程序代码,以完成各种操作。设计完成之后的得到 用减弱,闭环系统稳定,输出响应速度减慢,有益于增加系统的界面如图4所示。 的稳定性;但过人的控制加权系数会使控制量的变化极为缓 动态矩阵控制算法仿真 慢,系统得不到及时的调节,反而会使动态特性变坏7。 拴制牌出图 积样周期 预測时域斑度「F 动态矩阵控制算法的优点 I)直接在控制算法中考虑预测变量和控制变量的约束条 控制时域长度M=1 件,用满足约束条件的范围求出最优预测值 输入戏象横型 控淛权系数 2)把控制变量与预测变量的权系数矩阵作为设计参数, 系统设定值 在设计过程中通过仿真调节鲁棒性好的参数值。 3)预测变量和控制变量较多的场合,或者控制变量的的 设定在给出的目标值范围内,只是具有自由度,预测变量的定 图4动态矩阵控制算法界面设计 常状态值被认为是有无数组组合。 5结束语 4)从受控对象动态特性设定到最后作为仿真来确定控制性 由上述仿真结果可以知道,动态矩阵控制效果比传统 能为止。DMC算法以直接作为控制量,在控制中包含了数字积PID的控制效果好。动态矩阵控制采用工程上容易得到的阶 分环节,因此,即使在模型失配的情况下,也能得到无静差控制。 跃响应作为数学模型、运算量小、算法简单、在线实时方便,具 4仿真研究 有良好的调节品质和很强的鲁棒性,能抑制被控对象的大迟 针对被控对象C(s)=12 滞特性,能够满足生产现场的需要,获得满意的控制效果,因 17.2s+ 进行仿真,取采样周期 而有良好的应用前景。同时基于 Matlab汝计实现了动态矩阵 T=2s,模型时域长度为N=90,预测时域长度P=6,控制时控制算法图形用户界面,为动态矩阵控制算法提供了一个简 域长度M=1,控制权系数A=1,系统设定值y,=1。对模型在 单实用的平台。由于 Matlab具有良好、开放的可扩展性,在应用 阶跃扰动下进行仿真,得到如图2所示的控制曲线,可以知道中,用户可以根据实际问题编写相应的函数文件,在CU平台输 控制效果较好。 入要修改的参数即可完成优化求解操作简单、非常实用。口 与传统的PID控制器的控制效果进行比较,其中传统 参考文献 PD的参数采用工程整定法中的动态特性参数法(又称Z-N L1]李国勇.智能控制及其 MATLAB实现[M]北京:电子工业 整定法),得到的参数为Kp=1.5,T1=1,T=0.5,仿真结果 出版社,2005:285-289 如图3所示。 2]席裕庚预测控制[M].北京:国防工业出版社,1993 [3]周福恩,毕效辉.动态矩阵控制算法在过程控制中的应用研 究[J].南通航运职业技术学院学报,2005,4(1)4345 [4]何同祥,常宁青.动态矩阵控制算法在工业电加热炉温度控 制中的应用[J.仪器仪表用户,2011,(01):28-30 04 [5}李玉红,刘红军,王东风,韩璞.一种新型的动态矩阵控制算 法及仿真研究[J]计算机学报,2005,22(2):103-109 1015公23 [6]周忠海,张涛,陈哓高.基于动态矩阵控制算法的电加热炉 图2DMC仿真纬果图 图3传统Pm仿真结果图 温度控制系统[J].山东科学,2005,18(5):7073 我们知道传统的PID控制超调量过大,稳定时间长,控制 7]触晓红,周佳精通GUI图形界面编程[M].北京:北京大学 模型和参数需要比较精确,否则控制性能不会很好,而采用动 出版社,2003 作者简介:杨丽华(1987-),女,在读硕士研究生,主要从事预测控制方 态矩阵控制算法则大大地抑制了超调量,消除了振荡,也缩短 面的研究工作;赵文杰(1969-),男,华北电力大学控制科学与工程学 了平衡时间,控制效果好。 院副教授,主要从事热工过程的信息融合与先进控制方面的研究 根据上述动态矩阵控制算法的基本流程及其操作编制成工作 相应的m函数文件。这个设计包含动态矩阵控制算法优化功收稿日期20120418 66EcVo.192012No,4 欢迎光临本刊网站 http://www.yqybyh.com 【实例截图】
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