先进控制理论及其应用 教学课件 作者 葛宝明 林飞 第5章　预 测 控 制.ppt

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1、第5章　预测控制5.1　基本原理5.2　典型的预测控制算法5.3　永磁同步电动机的DMC5.1　基本原理5.1.1　预测模型5.1.2　滚动优化5.1.3　反馈校正5.1.1　预测模型0501.tif5.1.2　滚动优化图52　滚动优化5.1.3　反馈校正图53　误差校正1—k+1时刻校正后的预测输出2—k+1时刻实际输出3—预测误差　4—k时刻预测输出5.2　典型的预测控制算法5.2.1　动态矩阵控制5.2.2　模型算法控制5.2.3　广义预测控制5.2.1　动态矩阵控制1.预测模型2.滚动优化3.反馈校正1.预测模型图54　对象的阶跃响应2.滚动优化图55　DM

2、C优化策略3.反馈校正图56　DMC系统结构5.2.2　模型算法控制1.预测模型2.参考轨迹3.闭环预测4.滚动优化1.预测模型图57　对象的单位脉冲响应2.参考轨迹在模型算法控制中，系统的期望输出由现时实际输出y(k)出发且向设定值光滑过渡的一条参考轨迹来规定，常取作一阶指数变化形式，3.闭环预测4.滚动优化1)两者的dＴ十分相似，但ＭＡＣ中的Ｇ１与DMC中的A有很大不同。2)即使没有模型误差，即e(k)=0，ＭＡＣ也存在静差。5.2.3　广义预测控制1.预测模型2.滚动优化3.在线辨识与校正1.预测模型广义预测控制是在自适应控制研究中发展起来的另一类预测控制方法

3、。各类自校正控制技术对数学模型的精度都有一定要求，有些算法(如最小方差自校正调节器)对滞后十分灵敏，若滞后估计不准或是时变的，控制精度将大大降低。2.滚动优化M与P分别为控制时域与优化时域，且Ｍ≤Ｐ≤Ｎ。另一方面，控制中不希望控制增量Δu变化过于剧烈，在性能指标中需要通过约束予以考虑3.在线辨识与校正1)根据最新的输入、输出数据，递推估计得到Ａ(z－１)、Ｂ(z－１)。2)根据A(z－１)，应用式(530)和式(531)求Ｅj(z－１)、Ｆj(z－１)。3)根据Ｂ(z－１)、Ｅj(z－１)和Ｆj(z－１)，计算GP的元素，并计算P(k)。4)计算Δu(k)，求出u(

4、k)，将其作用于对象。5.3　永磁同步电动机的DMC5.3.1　同步电动机步进控制基础5.3.2　同步电动机速度模态的DMC5.3.1　同步电动机步进控制基础同步电动机步进控制的基本特征是，定子旋转磁动势被步进磁动势所取代，磁动势位置控制取代磁动势速度控制。对于同步电动机步进运动而言，定子绕组不输入正弦连续电流，而是输入下列对称的离散电流5.3.2　同步电动机速度模态的DMC1.改进的预测控制算法2.构建永磁同步电动机DMC速度控制系统1.改进的预测控制算法根据DMC控制算法，当kT时刻把控制u(k)实际加于对象时，相当于在对象输入端增加了一个幅值为Δu(k)的阶跃

5、量2.构建永磁同步电动机DMC速度控制系统速度模态是以转子速度为密切关注对象，建立其性能指标，实时获取转子速度的动态信息，确定其最优控制。同步电动机速度模态的L∞范数性能指标DMC控制中，预测模型基于转速的单位阶跃响应0508.tif3.仿真结果图59　永磁同步电动机范数性能指标DMC速度控制系统的响应3.仿真结果0510.tif3.仿真结果0511.tif5.3.3　同步电动机DMC位置控制1.位置模态L∞范数性能指标DMC及其预测特性2.构建永磁同步电动机DMC位置控制系统3.仿真结果1.位置模态L∞范数性能指标DMC及其预测特性图512　转动惯量变化时电动机

6、转速的响应1.位置模态L∞范数性能指标DMC及其预测特性0513.tif3.仿真结果1.预测控制包含几大机理？分别解释其意义。2.动态矩阵控制与模型算法控制各适合于何种对象？3.与常规控制比，预测控制有何不同？4.与最小方差自校正控制比，广义预测控制有何不同？与动态矩阵控制比，广义预测控制有何不同？5.某被控对象的传递函数为6.以某他励直流电动机为被控对象，试应用预测控制设计其控制系统，使电动机转速跟踪阶跃函数，并应用Matlab软件进行仿真，以考查系统性能。3.仿真结果图514　永磁同步电动机范数性能指标DMC位置控制系统结构图3.仿真结果图515　永磁同步电动

7、机范数性能指标DMC位置控制系统的响应结果3.仿真结果0516.tif3.仿真结果0517.tif3.仿真结果0518.tif3.仿真结果0519.tif