Điều khiển dự báo dựa trên mô hình cho hệ phi tuyến với tầm dự báo bằng 1

Lê Thị Huyền Linh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 112(12)/2: 55 - 61

55

ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO DỰA TRÊN MÔ HÌNH CHO

HỆ PHI TUYẾN VỚI TẦM DỰ BÁO BẰNG 1

Lê Thị Huyền Linh1*, Lại Khắc Lãi2

,

Nguyễn Thị Mai Hương1

1

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên

2Đại học Thái Nguyên

TÓM TẮT

Điều khiển dự báo theo mô hình (MPC Model Predictive Control) đã được tác giả đề cập và

nghiên cứu trong một số công trình [1], [2]. Phương pháp điều khiển dự báo đã cải thiện chất

lượng điều khiển một cách đáng kể so với các phương pháp khác. MPC đã được nghiên cứu và

ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là đối với hệ tuyến tính biến đổi chậm[3], [4]. Bài

báo này sẽ đi sâu phân tích xây dựng mô hình dự báo cho hệ phi tuyến với thuật toán xác định

phiếm hàm mục tiêu và xây dựng phương pháp điều khiển dự báo cho hệ phi tuyến với tầm dự báo

bằng 1.

Từ khoá: Điều khiển dự báo, mô hình dự báo cho hệ phi tuyến với tầm dự báo bằng 1.

GIỚI THIỆU CHUNG*

Điều khiển dự báo dựa trên mô hình là sự kết

hợp của một số lĩnh vực đã được phát triển

trong lý thuyết điều khiển hiện đại, điển hình

đó là hai lĩnh vực điều khiển tối ưu và nhận

dạng hệ thống. Ngay như tên của nó “điều

khiển dự báo dựa trên mô hình” có nghĩa là

trong đó cần phải sử dụng một mô hình dự

báo để ước lượng (dự báo) các giá trị của đầu

ra trong tương lai để phục vụ cho bài toán

điều khiển. Điều khiển dự báo dựa trên mô

hình có thể kết hợp chặt chẽ hay đưa được các

điều kiện ràng buộc về mặt vật lý của quá

trình (như độ mở van, các hạn chế của cơ cấu

chấp hành, các giới hạn của tín hiệu điều

khiển v.v) trong thiết kế bộ điều khiển và

chuyển hóa bài toán thiết kế bộ điều khiển

thành một bài toán tối ưu. Hiện nay MPC đã

trở thành một sách lược điều khiển cao cấp

được chấp nhận khá rộng rãi trong một số lĩnh

vực công nghiệp. Đã có hơn 3000 ứng dụng

của MPC đã được thương mại hóa trong các

lĩnh vực khác nhau bao gồm: công nghệ lọc

hóa dầu, công nghệ xử lý thực phẩm, công

nghệ ô tô, công nghệ không gian, công nghệ

bột giấy và giấy v.v [4].

*

Tel: 0918127781; Email: [email protected]

XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO CHO HỆ

PHI TUYẾN

Giả thiết cho hệ phi tuyến được biểu diễn tại

thời điểm rời rạc

t k, , ,..., = ∞ 0 1

k như sau:

1

υ +

 = + + 

= 

( ) ( )

k k k k k

k k

x f x h x u

y Cx

(1)

với các ràng buộc như sau:

≤ ≤

∆ ≤ ∆ ≤ ∆

≤ ≤

, m in a x

,

m in a x

m in m a x

u u u k m

u u u k m

y y y k (2)

trong đó:

∈ ℝ

n

x

k là biến trạng thái của mô

hình,

∈ ℝ

m

u

k là véc tơ đầu vào, υ ∈ ℝ

n

k

là véc tơ nhiễu,

∈ ℝ

p

y

k là véc tơ đầu ra của

hệ.

f x h x ( ), ( ) k k là các hàm phi tuyến với số

chiều phù hợp,

×

∈ ℝ ,

p n

C

≤ ≤ ∆ ≤ ∆ ≤ ∆ ≤ ≤ , , min max min max min max u u u u u u y y y k k k

là các véc tơ chặn dưới và chặn trên.

Giả thiết rằng +

ˆ

|

x

k j k là véc tơ giá trị dự báo

của biến trạng thái tại thời điểm +

t

k j được