[发明专利]面向多变量分数阶系统的模型预测控制参数解析调优方法及系统

说明书

本发明公开了一种面向多变量分数阶系统的模型预测控制参数解析调优方法及系统，包括以下步骤：首先，采集被控系统的输入数据和输出数据，通过系统辨识方法并离散化后获得被控系统的多变量一阶加分数阶滞后模型，并将其转化为状态空间方程形式；其次，通过状态空间方程对多变量一阶加分数阶滞后模型未来的输出量进行预测，获取模型预测控制器控制信号的解析表达式；最后，推导获取被控系统的闭环传递函数并进行解耦分析，将优化问题转换为极点配置问题，进而实现模型预测控制参数解析调优。本发明的方法可达到改善控制过程中控制系统精度、快速跟踪和抗干扰性的目的；同时可降低预测控制参数调优在线计算量与存储量。

技术领域

本发明属于模型预测控制技术领域，特别涉及一种面向多变量分数阶系统的模型预测控制参数解析调优方法及系统。

背景技术

模型预测控制由于其对模型要求低、鲁棒性强、抗干扰性强以及能够在优化控制理论的框架内解析地处理系统的控制约束等特点，目前已成为过程控制领域中所主要应用的控制方法之一

预测控制与传统PID控制、最优控制等算法有较大不同，尤其是其拥有众多控制器参数需要结合实际控制需求进行选择。随着被控系统愈发的复杂化，其中经常存在着模型不确定性、输入输出干扰和时间滞后等元素；另外，由于多变量系统输入输出之间存在着复杂的耦合关系，使得预测控制的参数调优变得十分困难。

预测控制系统结构较为复杂，其参数调优缺乏一般性的基准或是系统化的方法，现有工业应用中的参数调优方法更多的是基于工程经验或是试错法，大大增加了参数设计的盲目性，同时耗费时间较多，计算成本也较大。预测控制参数的取值直接影响实际控制效果，实际工程应用时由于参数设置不当会造成控制品质不佳，故针对预测控制参数调优的研究拥有重要理论及应用价值。此外，对于一些滞后为分数阶的系统，比如某些废水处理系统、暖通空调系统等，由于当系统的滞后时间相对于时间常数较大时，将分数阶滞后近似为整数滞后将使系统闭环性能恶化，严重影响系统性能品质，因此需要专门针对分数阶滞后系统，进行参数调优方法研究。因此，针对多变量分数阶滞后系统的模型预测控制参数解析调优方法的研究，具有重要的意义。

综上，亟需一种面向多变量分数阶系统的模型预测控制参数解析调优方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向多变量分数阶系统的模型预测控制参数解析调优方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的方法可达到改善控制过程中控制系统精度、快速跟踪和抗干扰性的目的；同时可降低预测控制参数调优在线计算量与存储量。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种面向多变量分数阶系统的模型预测控制参数解析调优方法，包括以下步骤：首先，采集被控系统的输入数据和输出数据，通过系统辨识方法并离散化后获得被控系统的多变量一阶加分数阶滞后模型，并将其转化为状态空间方程形式；其次，通过状态空间方程对多变量一阶加分数阶滞后模型未来的输出量进行预测，获取模型预测控制器控制信号的解析表达式；最后，推导获取被控系统的闭环传递函数并进行解耦分析，将优化问题转换为极点配置问题，进而实现模型预测控制参数解析调优。

一种面向多变量分数阶系统的模型预测控制参数解析调优方法，包括以下步骤：

步骤1，采集控制过程中系统的输入量、输出量以及输出参考量，建立被控系统的多变量一阶加分数阶滞后模型；

步骤2，将多变量一阶加分数阶滞后模型转化为状态空间方程形式；

步骤3，通过状态空间方程对多变量一阶加分数阶滞后模型未来的输出量进行预测，并建立模型预测控制算法的代价函数，得到预测控制最优控制量的解析表达式；

步骤4，基于获得的最优控制量的解析表达式，在无有效约束和模型失配的情况下，通过对推导获取的被控系统的闭环传递函数进行解耦分析，得到可使闭环传递函数解耦的回路增益矩阵表达式；