快速显式预测控制在倒立摆系统中的应用-论文.pdf

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1、第35卷第9期仪器仪表学报Vo1．35No．92014年9月ChineseJournalofScientificInstrumentSep．2014快速显式预测控制在倒立摆系统中的应用术周昆，孙明玮，陈增强(1．南开大学计算机与控制工程学院天津300071；2．95896部队沧州061000)摘要：针对有约束模型预测控制在线计算量大的应用局限性，特别是在一些快速机电系统中应用的困难，利用显式预测控制“离线设计”和“在线综合”的特性，结合可达有效分区搜索算法，实现计算效率的进一步提升，同时保证系统实际运行的可靠性。针对强非线性、强耦合的欠驱动不稳定倒立摆系统，

2、采用可达分区搜索与顺序搜索相结合的策略，建立了快速搜索显式预测控制律的综合实施方案。数值仿真和实时控制实验研究结果证实了该方法可在30ms的采样周期内得到满足多种约束的计算结果，响应调节时间不超过2S，并且适用范围提高25％。所得结果说明，基于可达分区与直接搜索的显式预测控制策略具有在快速机电系统上实施的可行性。关键词：显式预测控制；可达分区；计算复杂性；实时控制；倒立摆中图分类号：TP273TP113．2TH16文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．80Applicationoffastexplicitpredictivecontrolininver

3、tedpendulumsystemZhouKun，SunMingwei，ChenZengqiang(J．CollegeofComputerandControlEngineering，NankaiUniversity，Tianjin300071，China；2．Unit95896，PL4，Cangzhou061000，China)Abstract：Extensiveonlinecomputationalcomplexityofconstrainedmodelpredictivecontrol(MPC)limitsitspracticalapplicationf

4、ields．especiallyinsomefastelectromechanicalsystems．Basedupontheofiinecalculationandonlinesynthesischaracteristicsofex-plicitMPC(EMPC)，theachievableregionsearchingapproachisemployedtofurtherspeeduptheonlinesearchingefficiencyandraisethereliability．Theachievableregionsearchingandsequ

5、entialsearchingmethodsarecombinedtogethertoestablishacomprehensiveEMPCschemetodealwithafastunderactuatedunstableinvertedpendulumsystemwiths~ongnonlinearityandcouplingdynamics．Bothmathematicalsimulationsandrea1．timecontrolexperimentswereperformedtoverifytheeffectivenessoftheproposed

6、scheme．Thesolu—tionsatisfyingseveralconstraintscanbeobtainedwithinthesamplingintervalof30msandthesettlingtimeislessthan2S．Moreover，theapplicablerangeisincreasedby25％．TheseresultssuggestthatthecomprehensiveEMPCschemehasapplicationfeasibilityinfasteleetromechaniealsystems．Keywords：ex

7、plicitpredictivecontrol；achievableregion；computationalcomplexity；real—timecontrol；inve~edpendulumMPC作为处理多变量约束系统最优控制问题的有1引言效方法之一，其核心思想是有限时域滚动优化。。，即在线求解包含模型和约束的优化问题。这涉及很大的计算量模型预测控制(modelpredictivecontrol，MPC)兴和计算时间，对一些大规模或者动态变化较快的系统，应起于20世纪70年代末80年代初，它是在最优控制框架用具有一定困难。由Bemporad等人提出的显式

8、模型下，采用模型预测、滚动优化和反馈校正的机制，解决