基于模型预测控制的汽车底盘集成制造系统

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1、非线性预测控制(摘要模型预测控制的一-个主要优点是能显式并优化处理控制量和状态量的约束。为此，主要囤绕模型预测控制的原理，特点，以及非线性预测控制的相关方法，包括基于不同模型下的非线性预测控制。关键词：模型预测控制、非线性、模型TheWayOfNonlinearModelPredictiveControlAbstractAnimportantadvantageofmodelpredictivecontrol(MPC)isitsabilitytocopewithconstrantsoncontrolsandstatesinanexplici

2、tandoptimalway.Thispaperdiscussesthetheoryandthecharacteristicsofmodelpredictivecontrol,anditalsodissertatessomedifferentwaystosolvetheproblemsofnonlinearmodelpredictivecontrol,includingdifferentwaysofcontrolbasedondifferentmodels・Keywords:modelpredictivecontrol;nonlinear

3、;model引言实际生产中大部分工业控制都不是无约束的情况，并常常具有非线性特性。以往常采用工作点附近的线性化模型来设计控制器，但随着对产品质量和产量耍求的不断提高，对生产经济效益的不断追求，以及环境保护的口趋严格，都使得工业过程越來越复杂，并使工作点越来越接近约束的边缘。此时，若不考虑约束和非线性特性的控制方法则难以达到性能要求。模型预测控制(MPC)的主要优点是能在线处理约束并使其动态得到满足。对非线性动态的考虑也相当方便一一采用非线性模型来预测未来动态。因此，非线性MPC在工业控制中貝有广阔的应用前景，并引起了人们的普遍关注。如果不

4、考虑约束，线性MPC(MPHC,MAC,DMC等)则有统一的状态空间表达式，可基于线性理论进行分析和设计。冃前，线性MPC理论已较成熟。近年來，対约束线性MPC和非线性MPC的研究也取得了可喜的成果。1•预测控制原理1.1概述模型预测控制是近年来发展起来的一•类先进计算机控制算法。随着科学技术的迅速发展，对大型、复杂和不确定性系统实行白动控制的要求不断提高，使得现代控制理论的局限性H益明显。人们打破传统控制思想的束缚，而对工业过程的特点，寻找各种对模型要求不鬲，在线计算方便，控制综合效果好的算法。模型预测控制就是再这样的理论发展巧景下产牛

5、:的一类而向工业实践过程的新型控制算法。1.2预测控制特点模型预测控制包含了预测模型、滚动优化和反馈校正三个菇木特征。首先，为系统建立预测模型十分方便，用來描述过程动态行为的预测模型可以通过简单的实验得到，不需要深入了解过程的内部机理，也不需要通过复杂的系统辨识这类建模过程的运算，即可获得模型,且有利于捉髙系统的鲁棒性。其次，预测控制算法不是采用一个不变的全局优化目标，而是采用滚动式的有限时域优化策略。其优化过程不是一次离线进行，而是在线反复进行优化计算，滚动实施，从而使模型失配、时变、干扰等引起的不确定性能及时得到弥补，提高了系统的控制

6、效果。此外，由于实际系统屮存在非线性、时变、模型失配等因素的额影响，在预测控制算法中，基于不变模型的输出，不可能与系统的实际输出完全一•致，而在滚动实施优化过程中际输出完全一致，为此，在预测控制算法中，采用检测实际输出与模型输出之间的误差进行反馈校正来弥补这一缺陷，使滚动优化建立在预测模型输出反馈校止的基础上。1.3预测控制原理预测控制的目的是使系统的输出变最y(t)沿着一条事先规定的曲线逐渐到达设定值，这条指定的Illi线称为参考轨迹。控制算法就是求解出一-组控制量u(k),使得所选定的目标函数最优。预测控制的算法图如图1所示：设定值图

7、1预测控制算法原理方框图2.非线性预测控制2.1概述冃前，在许多被成功应用的预测控制中，系统的模型都是线性的，然而，大多数工业对象都是非线性的。对于这些对象如果用线性预测控制方法来设计系统，对于弱非线性系统是可行的，但是对于强非线性系统，由于模型的精确度在预测控制屮起到非常重要的作用，用—•个近似线性模型来对髙度非线性系统进行描述，基于此来设计预测控制辭则可能导致系统控制性能的恶化。这种方法是行不通的，必须对系统进行非线性建模。由于被控对彖模型的非线性和优化目标函数的非凸性，带来了系统建模预测和优化求解的怵I难，使这种控制方法论受到严重的

8、挑战，并已成为模型预测控制实用化的主耍障碍。正是出于此种原I大I,需要研究不同模型卜•的预测控制，从而达到预期的控制效果以及相对应的性能指标。2.2基于不同模型下的非线性预测控制2.2.1基于