[发明专利]线性和非线性系统的基于确定性优化的控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明一般性地涉及控制系统，更具体地涉及基于确定性优化的系统控制。

背景技术

通常，诸如工厂或者发电系统的控制系统可以是动态的并且包括各种约束。例如，对控制系统的约束可以是致动器限制、操作约束、经济限制、和/或安全限制的结果。因此，对这样的多变量约束的动态系统的控制可能很复杂。诸如耦合多回路比例积分微分(PID)控制器的技术可能不是最适合于处理对这样的复杂控制系统的控制。另一方面，能够处理多变量约束的一种过程控制技术为基于优化的控制(OBC)。具体地，OBC可以通过使得系统能够更接近各种约束地操作(即，通过动态优化)来改善控制系统的性能。

然而，OBC可能需要的计算量很大，因为动态优化计算可能涉及在每个采样时间求解约束优化问题，如二次规划(QP)问题。利用通用解算器可能需要几秒或甚至几分钟。此外，可能难以预测优化器求解约束优化问题所需要的时间。因此，为了利用OBC来控制具有较快动态的系统，使得确定性OBC能够在预定的控制时间内提供可行控制动作通常会是有益的。

发明内容

下面简要描述与原始要求保护的发明范围一致的某些实施方式。这些实施方式并非意在限制要求保护的发明的范围，而是仅意在提供本发明的可能形式的简要描述。实际上，本发明可以包括与以下提出的实施方式相似或不同的各种形式。

第一实施方式提供了一种控制方法，包括：确定要控制的过程的预定非线性模型的线性逼近；确定所述非线性约束集合的凸逼近；确定控制轨迹的多个采样周期的初始稳定化可行控制轨迹；执行基于优化的控制算法以改善控制轨迹的多个采样周期的所述初始稳定化可行控制轨迹；以及通过在预定时间窗内应用所述可行控制轨迹来控制所述受控过程。

第二实施方式提供了一种控制方法，包括：基于要控制的非线性过程的预定状态变化，确定所述非线性过程的线性化模型；周期性地重复执行基于优化的控制算法以确定控制轨迹的多个采样周期的可行控制轨迹；以及通过应用所述可行控制轨迹来控制所述受控过程。

第三实施方式提供了一种控制系统，包括：用于存储可执行代码的存储器电路；以及用于执行所述代码的处理电路。所述代码定义以下步骤，所述步骤在执行时：确定要控制的非线性过程的线性化模型；执行基于优化的控制算法以确定控制轨迹的多个采样周期的可行控制轨迹；以及通过应用所述可行控制轨迹来控制所述受控过程。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些以及其它特征、方面和优点将变得更好理解，遍及附图，相似的附图标记表示相似的部分，其中：

图1描绘了利用基于确定性优化的控制(OBC)的控制系统的实施方式的框图；

图2描绘了图1的基于确定性优化的控制(OBC)的实施方式的框图；

图3描绘了图2的处理电路的实施方式的框图；

图4描绘了通信上耦接至控制系统内的其它模块的确定性OBC模块的实施方式；

图5描绘了图1中所描绘的控制系统的确定性优化控制的实施方式的流程图；以及

图6描绘了图5中所描述的凸化过程的实施方式。

具体实施方式

下面将描述本公开内容的一个或更多个具体实施方式。为了提供这些实施方式的简洁描述，可能未在说明书中描述实际实现的全部特征。应该理解的是，在任何这样的实际实现的开发中，如在任何工程和设计项目中，必须做出大量特定于实现的决定来实现开发者的特定目的，例如遵循可能会根据不同实现而变化的系统相关以及业务相关的约束。此外，应该理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，然而对于受益于本公开内容的本领域技术人员，这将是设计、制造和生产的例行工作。

在当介绍本发明的各种实施方式的元素时，冠词“一个(a)”、“一个(an)”、“这个(the)”和“所述(said)”意在表示存在一个或者更多个元素。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”意在是开放式的并且表示除所列出的元素之外可以存在另外的元素。