Nghiên cứu chiến lược tối ưu hóa trong điều khiển dự báo

Nguyễn Thị Mai Hương và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 115 - 121

115

NGHIÊN CỨU CHIẾN LƯỢC TỐI ƯU HÓA TRONG ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO

Nguyễn Thị Mai Hương, Mai Trung Thái,

Lê Thị Huyền Linh, Lại Khắc Lãi*

Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên; Đại học Thái Nguyên

TÓM TẮT

Tối ưu hóa trong điều khiển dự báo là một vấn đề khó đang được nhiều nhà khoa học trong và

ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Bài báo này, chúng tôi đưa ra những nghiên cứu tổng quan về

các phương pháp tối ưu hóa phổ biến được sử dụng trong điều khiển dự báo đối với cả MPC tuyến

tính và MPC phi tuyến.

Từ khoá: Điều khiển dự báo,Tối ưu hóa, MPC tuyến tính, MPC phi tuyến.

GIỚI THIỆU CHUNG*

Lịch sử điều khiển tối ưu bắt đầu từ thập niên

60 khi xuất hiện 2 bài báo của Kalman. Hai

bài báo này có tầm ảnh hưởng đáng kể đối với

các nhà nghiên cứu về điều khiển tối ưu, là

tiền đề cho sự phát triển của bộ điều khiển

LQG (Linear Quadratic Gauss) mà sau này áp

dụng lý trong thuyết điều khiển dự báo theo

mô hình (MPC - Model Preditive Control).

MPC về cơ bản là một dạng của bộ điều khiển

LQG có bổ sung thêm các ràng buộc trong

phạm vi dự báo hữu hạn. Có thể hiểu:

MPC tuyến tính tầm vô hạn = LQG đơn giản

Thập niên 70, MPC mới chỉ được sử dụng đối

với các đối tượng biến đổi chậm, vì thủ tục tối

ưu hóa sẽ được lặp đi lặp lại ở mọi bước. Cho

tới thập niên 90, khi tốc độ tính toán của máy

tính nhanh hơn thì MPC được áp dụng với

nhiều loại đối tượng mà đặc tính động học

nhanh như máy bay, robot, vệ tinh nhân tạo,

máy móc tự động, … Khi áp dụng luật điều

khiển rất nhiều vấn đề lý thuyết nảy sinh với

MPC. Một trong các vấn đề chính là tìm ra

thuật toán tối ưu thích hợp để giảm các sai số

trong tương lai.

Trong bài báo này, chúng tôi đưa ra những

nghiên cứu tổng quát về các kỹ thuật tối ưu

hóa phổ biến được sử dụng trong điều khiển

dự báo. Các ứng dụng cho đối tượng cụ thể sẽ

được công bố trong các bài báo tiếp sau.

*

Tel: 0913507464; Email: [email protected]

CHIẾN LƯỢC TỐI ƯU HÓA TRONG ĐIỀU

KHIỂN DỰ BÁO

Thuật toán điều khiển dự báo theo mô hình là

sử dụng một mô hình quá trình rõ để dự báo

đáp ứng tương lai của đối tượng. Bộ tối ưu

hóa giải quyết một bài toán tối ưu, trong mỗi

chu kì lấy mẫu của hệ thống điều khiển thông

qua việc tính toán điều chỉnh chuỗi biến điều

khiển tương lai, nhằm tối ưu hóa hoạt động

của đối tượng ở mỗi một chu kì. Giá trị đầu

tiên của chuỗi tối ưu được đưa tới điều khiển

đối tượng, quá trình tính toán này sẽ được lặp

lại trong mỗi chu kỳ tiếp theo. Hoạt động của

MPC được biểu diễn như Hình 1.

Hình 1. Hoạt động MPC

Đặt Y là đầu ra của quá trình và u là đầu vào

bộ điều khiển

1 2

1 2

( ) ( ) ( 2 ) ...

( ) ( 2 ) ....

Y t a u t h a u t h mongmuon

b y t h b y t h

= − + − +

+ − + − +

1 2

1 2

' '

' '

( ) ( ) ( 2 ) ...

( ) ( 2 ) ....

Y t a u t h a u t h Dubao

b y t h b y t h

= − + − +

+ − + − +

(1)

(2)