預(yù)測(cè)控制算法參數(shù)設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u23757預(yù)測(cè)控制算法參數(shù)設(shè)計(jì)案例綜述 1303831.1.1采樣周期和模型長(zhǎng)度 1274801.1.2優(yōu)化時(shí)域和誤差權(quán)矩陣 1210241.1.3控制時(shí)域和控制權(quán)矩陣 2277611.2Smith預(yù)估補(bǔ)償算法基本原理 268341.2.1基本原理 373561.2.2性能分析 4預(yù)測(cè)控制可以讓設(shè)計(jì)者選擇優(yōu)化性能指標(biāo)，因此參數(shù)對(duì)被控對(duì)象的影響很大，以下即為一般的設(shè)計(jì)整定步驟。采樣周期和模型長(zhǎng)度對(duì)于采樣周期而言，必須滿足香農(nóng)采樣定理，在許多文獻(xiàn)中，不同的對(duì)象有不同的取值方法，常見(jiàn)的有：針對(duì)單容對(duì)象，即只包含一個(gè)存儲(chǔ)元件的被控對(duì)象，可取，這里是這個(gè)被控對(duì)象的慣性時(shí)間常數(shù)；針對(duì)振蕩對(duì)象，即該對(duì)象的仿真曲線存在上下的振蕩，可取，這里是從響應(yīng)到穩(wěn)定的振蕩周期；針對(duì)滯后對(duì)象，即該對(duì)象響應(yīng)前會(huì)有一段時(shí)間沒(méi)有變化，可取，這里是對(duì)象的純滯后時(shí)間。若想要更好的觀察到整體的曲線，后的階躍響應(yīng)接近穩(wěn)態(tài)值，和會(huì)對(duì)程序的計(jì)算量造成較大影響，因此，通常情況下類似于流量、液位、溫度等情況下，大多在20~50之間。優(yōu)化時(shí)域和誤差權(quán)矩陣優(yōu)化時(shí)域指的是從時(shí)刻起未來(lái)多少步的輸出逼近期望值，誤差權(quán)矩陣指的是不同時(shí)刻輸出逼近期望值的重視程度[17]。在大多數(shù)情況下，的取值比較自由，只要能兼顧好穩(wěn)定性和快速性就好，但是取值在極端情況下，則會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如太小，則其優(yōu)化的范圍很小，這樣對(duì)于后面大范圍的系統(tǒng)是不進(jìn)行優(yōu)化的，這樣會(huì)造成后面的響應(yīng)曲線誤差較大，不如優(yōu)化過(guò)的那部分，使其魯棒性變低，模型可能會(huì)失配，甚至不穩(wěn)定；太大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了，但是快速性就會(huì)有所降低。所以，在穩(wěn)定性和快速性之間，需要尋找一個(gè)合適的值，不能過(guò)大或者過(guò)小，而且，當(dāng)大于時(shí)，優(yōu)化也只包括的范圍，更多的范圍其實(shí)并沒(méi)有優(yōu)化效果，一般情況下，，且要包括大部分未穩(wěn)定前的響應(yīng)曲線。一般情況下，誤差權(quán)矩陣系數(shù)取0或1，0為時(shí)滯或者反向部分，1為其他情況。然后選擇合適的值，保證在快速性和穩(wěn)定性之間兼顧，可根據(jù)實(shí)際仿真情況對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。控制時(shí)域和控制權(quán)矩陣控制時(shí)域指的是未來(lái)控制量發(fā)生變化的數(shù)量，因?yàn)橄到y(tǒng)優(yōu)化是針對(duì)未來(lái)個(gè)時(shí)刻的輸出誤差，所以。因?yàn)橛脗€(gè)優(yōu)化變量來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)點(diǎn)的輸出優(yōu)化，若越小，其達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間越少，變化比較劇烈，但在實(shí)際工業(yè)中，系統(tǒng)變化的太過(guò)于劇烈并不一定合適，若越大，其達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間越長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好，其越大，所產(chǎn)生的效果也會(huì)越來(lái)越不明顯。因此，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)單調(diào)動(dòng)態(tài)特性的對(duì)象，取1~2，對(duì)于含振蕩的動(dòng)態(tài)對(duì)象，取4~8?？刂茩?quán)矩陣是為了防止控制增量變化太過(guò)于劇烈，一般情況下，控制權(quán)矩陣系數(shù)取很小的一個(gè)值就能滿足要求，開始取0，當(dāng)系統(tǒng)快穩(wěn)定時(shí)，可適當(dāng)增大，但是不要增的太大。Smith預(yù)估補(bǔ)償算法基本原理Smith預(yù)估補(bǔ)償算法是1957年史密斯提出的一種以模型為基礎(chǔ)的控制算法，它通過(guò)引入一個(gè)與被控對(duì)象并聯(lián)的預(yù)估器，對(duì)滯后時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償，消除或者減弱純滯后因素的影響，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量。其原理框圖如下。圖2-3Smith預(yù)估補(bǔ)償原理框圖基本原理根據(jù)圖2-3，為PID控制器，為被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，為Smith預(yù)估器的傳遞函數(shù)。未采用Smith預(yù)估器，控制器輸出和系統(tǒng)輸出之間的傳遞函數(shù)為(2.9)采用Smith預(yù)估器，反饋信號(hào)與之間的傳遞函數(shù)為(2.10)為使控制器輸出信號(hào)和反饋信號(hào)之間無(wú)延遲，即(2.11)可得出(2.12)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為(2.13)(2.14)在系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程中，不在包含滯后環(huán)節(jié)，因此，Smith預(yù)估補(bǔ)償可以消除滯后環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響[19]。性能分析從理論上來(lái)說(shuō)，Smith預(yù)估補(bǔ)償可以抵消純滯后環(huán)節(jié)所帶來(lái)的影響，但是在實(shí)際工業(yè)中很難辦到，因