Influencing Predictive Control System Performance by Reference Trajectory Shaping

Abstract

Zezwala się na korzystanie z artykułu na warunkach licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 WprowadzenieAlgorytmy regulacji predykcyjnej MPC (ang. Model Predictive Control) są algorytmami, które wykorzystują model procesu do predykcji jego zachowania w przyszłości. W przypadku silnie nieliniowych obiektów regulacji, z dużym opóźnieniem, ograniczonymi sterowaniami lub wyjściami, zastosowanie algorytmów MPC zwykle przynosi dobrą jakość regulacji, co wynika z dostępu algorytmów do informacji o dynamice procesu. Algorytmy regulacji predykcyjnej również znają trajektorię zadaną wartości wyjść regulowanych oraz mają możliwość wprowadzenia trajektorii referencyjnej, która jest w stanie modyfikować działanie algorytmu w celu poprawy jakości regulacji. Pojęcie trajektorii referencyjnej pojawiało się już we wczesnych artykułach dotyczących regulacji predykcyjnej [10]. W niniejszym artykule ta ostatnia cecha algorytmów regulacji predykcyjnej będzie poddana szerszym badaniom. Algorytmy rozważane w artykule to wersje analityczne, mające mniejsze, w porów-Autor korespondujący: Piotr Marusak, P.Marusak@ia.pw.edu.pl Artykuł recenzowany nadesłany 04.02.2019 r., przyjęty do druku 28.03.2019 r.Streszczenie: Zastosowanie algorytmów regulacji predykcyjnej MPC do regulacji wielu procesów nieliniowych, o różnym stopniu trudności, często umożliwia osiągniecie bardzo dobrej jakości regulacji. Jest to możliwe ze względu na odpowiednie uwzględnienie w strukturze algorytmu informacji uzyskanych z modelu procesu. Do formułowania zadania optymalizacji dla algorytmów regulacji predykcyjnej najczęściej zakładana jest stała trajektoria referencyjna dla całego horyzontu predykcji. W artykule przedstawiono możliwości poprawy jakości regulacji przez zastosowanie trajektorii referencyjnej zmiennej na horyzoncie predykcji. Podczas porównywania jakości regulacji z wykorzystaniem trajektorii referencyjnych o różnej postaci, wzięto pod uwagę dwie wielkości. Pierwszą z nich jest czas narastania wyjścia obiektu regulacji, a drugą -przeregulowanie. Badania prowadzono w układach regulacji dwóch obiektów: nieminimalnofazowego obiektu liniowego oraz nieliniowego reaktora polimeryzacji. Do regulacji w przypadku pierwszego obiektu, zastosowano algorytm DMC, a w przypadku drugiego -algorytm bazujący na modelu nieliniowym, z nieliniową predykcją i linearyzacją (NDMC-NPL). Przedstawione wyniki dobrze ilustrują możliwości wpływania, za pomocą trajektorii referencyjnych o różnych kształtach, na poprawę jakości regulacji oferowanej przez algorytmy predykcyjne.Słowa kluczowe: trajektoria referencyjna, regulacja predykcyjna, regulacja nieliniowa, obiekty nieliniowe, jakość regulacji

Archives of Control Sciences

“…[15] or to impose suboptimal solution e.g. [16]. One of the most effective approaches has been initialized in [17] and continued e.g.…”