事件触发分布式预测控制方法研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SF20070601ZW126com
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
实际中广泛存在着一类由众多相互关联子系统组成的大型系统,对于这类系统,传统的集中式控制容易受到系统规模和计算负担的限制,并且系统的可靠性与灵活性不高。分布式控制将整体问题分解至各个子控制器分别求解,降低了计算负担。同时,子控制器借助网络交互信息,相互协作保证了全局系统的控制性能。  作为一种先进的控制算法,模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)因能有效地处理约束、解决多目标问题而备受关注。将MPC应用于分布式控制系统,使得子控制器能够相互传送预测信息,进而对未来时刻子系统之间的关联影响进行估计,提高整体性能。传统的分布式预测控制(Distributed Predictive Control,DPC)基于时间触发机制,在每一个采样时刻,子控制器求解DPC优化问题得到最优控制律,然后传输相应的预测信息至其他子控制器。然而,考虑到实际系统有限的计算资源与通信资源,这种周期性执行的DPC方法显然无法满足要求。因此,在保证全局控制性能的前提下,如何减少资源消耗是DPC研究的热点问题。  本文针对资源受限的分布式控制系统,提出了基于事件触发机制的DPC方法。通过建立事件触发条件,使得DPC优化问题的求解和子控制器之间信息的传输非周期性进行,实现系统资源的合理利用。在事件触发DPC框架下,重新分析了系统性能,建立了保证算法可行性和系统稳定性的充分条件。具体研究内容如下:  (1)针对线性离散分布式控制系统,从保证全局稳定性的角度出发,提出了基于合作机制的事件触发DPC方法,建立了与局部子系统和邻域子系统同时相关的事件触发条件。只有事件触发条件成立,DPC优化问题才进行求解,从而节约了计算资源。为了保证算法的递推可行性,设计了包含邻域子系统信息的终端约束集。通过在DPC优化问题中构造状态预测值与状态估计值之差的约束条件,实现了全局系统的稳定。  (2)考虑到外界干扰不确定性的影响,针对有界扰动作用下的线性离散分布式控制系统,提出了事件触发双模DPC方法。利用输入状态稳定性(Input-to-State Stability,ISS)理论,建立了仅与子系统自身相关的事件触发条件。当子系统在不变集外部时,基于事件触发条件非周期性地求解DPC优化问题,降低计算资源消耗。一旦子系统进入不变集,采用局部状态反馈控制律,同时与进入各自不变集的邻域子控制器不再交互信息,进一步减少通信能耗。在此基础上,给出了保证递推可行性和闭环稳定性的扰动上界。在事件触发双模DPC算法作用下,每个子系统将在有限时间内收敛至各自的扰动不变集,同时实现计算资源与通信资源的合理利用。  (3)针对有界扰动作用下的线性离散分布式控制系统,在子控制器异步交互信息方式下提出了事件触发DPC方法。在保证系统收敛性的前提下,建立了与状态实际值和状态预测值之差有关的事件触发条件。只有事件触发条件成立,子控制器求解DPC优化问题,并将基于最优控制序列的状态预测信息传送至邻域子控制器,实现相互之间的异步协调。在此基础上,分析了系统性能,给出了保证算法可行性和系统收敛性的充分条件。  (4)针对有界扰动作用下的线性离散分布式控制系统,从兼顾资源有效利用与全局控制性能的角度出发,将时间触发子系统和事件触发子系统纳入统一设计框架,提出了时间/事件混合触发DPC方法。通过构造与状态实际值和状态预测值有关的预测误差,针对每个事件触发子系统建立了事件触发条件。考虑到两种不同的控制模式和通信方式,提出了混合触发双模DPC算法,证明了递推可行性和闭环稳定性。与时间触发或事件触发DPC相比,混合触发DPC实现了资源利用与全局控制性能之间的权衡。
其他文献
纳米通道检测技术是分析化学领域一种十分重要且被广泛应用的技术,基于该技术的DNA测序方法被认为是最具潜力的第三代DNA测序技术。该技术通过在纳米通道两端施加电压,促使被分
多模型二阶段自适应控制器是一类新型的多模型自适应控制器,该控制器协调交叉利用了所有自适应模型提供的系统信息进行参数辨识,可以有效地减少模型的数量,最少仅需要n+1个模型
对单幅图像进行深度估计,从而恢复场景的三维结构信息,有助于我们探测目标位置、进一步理解场景。热像仪通过探测目标场景的热辐射将场景温度信息以图像形式显示,对热成像进行深
迭代学习控制算法(Iterative Learning Control,简称ILC)由Arimoto等人于1984年正式提出,它主要适用于具有重复运动的被控系统,将输出信号与给定的目标信号进行比较,以两者的偏差来不断修正不理想的控制信号,使得系统的输出不断接近目标信号,从而实现有限区间上的完全跟踪任务。自从迭代学习控制算法提出以来,研究人员针对不同类型的研究对象提出了形式多样的迭代学习控制律,并且
四旋翼姿态检测系统是利用微电子机械(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)惯性传感器加速度计、磁力计和陀螺仪进行姿态角检测的系统,但是由于制造工艺和安装工艺的限制,MEM
发酵过程是现代过程工业中一种典型的间歇过程,具有极强非线性、生产反应周期短、内部动态特性变化快等特点,其操作复杂度远胜于连续过程,产品质量也更容易受到外界不确定因
国防科技工业的发展水平是国家竞争力的重要标志,也是现代化国防的核心支柱。现代军事竞争在很大程度上就是国防科技工业的科技水平和创新能力的竞争。航天总体设计部作为我国
说话人识别是根据人的声音来识别说话人身份的生物认证技术,被广泛应用于语音检索、司法鉴定、计算机远程登录、安全认证等领域。正因为它的广泛应用,说话人识别已成为当今生
多模型可以显著改善模型估计精度,提高模型泛化性能。本文结合实际工程应用背景,对双酚A生产过程中的结晶塔单元进行多模型软测量建模,以实现各种过程变量的在线监测。  
柴油调合作为柴油生产的关键步骤,其调合结果的好坏不仅关系到柴油的质量、工厂的经济效益,还关系到工业、农业以及其他领域的发展。实际生产中柴油的调合通常根据调合配方,将各