检索结果-内蒙古大学图书馆

系统科学与数学 2016年第10期36卷 1585-1596页

作者：张聚胡标标谢作樟龚俊强浙江工业大学之江学院绍兴312030

显式模型预测控制(explicit model predictive control,EMPC)避免了传统的模型预测控制中最为繁琐的反复在线优化过程.显式模型预测控制系统分为离线计算获得每个分区上控制律和在线查找控制律这两个不同阶段.离线计算阶段通过多参数二... 详细信息

显式模型预测控制(explicit model predictive control,EMPC)避免了传统的模型预测控制中最为繁琐的反复在线优化过程.显式模型预测控制系统分为离线计算获得每个分区上控制律和在线查找控制律这两个不同阶段.离线计算阶段通过多参数二次规划(multi-parametric quadratic program,mp-QP)对系统状态空间进行凸划分,并计算得到系统在每个状态分区上的分段仿射(piece-wise affine,PWA)控制律;在线计算阶段通过查表确定系统当前状态所在的分区(即进行点定位运算)从而直接得到相应的控制律.研究工作在于如何快速确定系统当前状态所在的分区,属于在线计算过程范畴.文章在离线计算所得的状态分区数据基础上,根据可达域的思想,设计可达分区点定位算法使在线计算时搜索范围大幅减少,从而显著降低在线计算所需时间,提高EMPC系统的实时性.通过两个仿真实验将可达分区算法与直接查找法相互对比,证明可达分区算法的优势.作为一个应用例子,将文章显式模型预测控制可达分区点定位算法用于直流无刷电机显式模型预测控制,表明所用方法的有效性.

关键词：显式模型预测控制多参数二次规划状态分区点定位问题可达分区

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显式模型预测控制及其在电梯机械系统振动控制中的应用

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信息与控制 2009年第1期38卷 105-109页

作者：张聚王槊华王万良浙江工业大学信息工程学院自动化研究所浙江杭州310014

基于约束线性优化控制问题的多参数规划方法,分别建立了约束线性时不变和时变系统的显式模型预测控制系统.应用建立的显式模型预测控制系统,对不同运行工况(轻载、重载)下的电梯机械系统的主动振动控制进行了仿真.研究结果表明,电梯机... 详细信息

基于约束线性优化控制问题的多参数规划方法,分别建立了约束线性时不变和时变系统的显式模型预测控制系统.应用建立的显式模型预测控制系统,对不同运行工况(轻载、重载)下的电梯机械系统的主动振动控制进行了仿真.研究结果表明,电梯机械系统显式模型预测控制的主动振动控制效果明显.

关键词：多参数规划法显式模型预测控制机械振动控制电梯机械系统

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显式模型预测控制中点定位算法研究

显式模型预测控制中点定位算法研究

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作者：修晓杰浙江工业大学

学位级别：博士

通过多参数二次规划(multi-parametric Quadratic Programs,mp-QP)理论将模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)中反复的在线计算移到线下,得到状态参数空间中多面体区域及对应的(Piecewise Affine,PWA)控制率,称为显式模型预测控制(Explicit MPC,EMPC)。EMPC中通过建立多面体分区查找表,在线计算得到当前状态点所在分区的PWA控制率,该过程称为点定位问题,点定位算法的性能直接影响了EMPC的控制性能和其应用。EMPC旨在扩大MPC的应用范围,应用到在MPC还无法有效控制的领域。这就需要提高EMPC的点定位效率,降低控制系统的存储需求,尤其当控制问题规模大,状态空间分区多,维数高时。目前,点定位问题已经成为MPC领域内的研究热点。本文基于mp-QP理论、多胞形理论、PWA控制理论和计算机数据结构,研究了控制问题规模大,状态空间分区多,维数高的控制系统的点定位问题,以提高点定位效率、降低控制系统存储需求、减少预处理时间,以及平衡三者之间的关系为研究目标。研究工作及取得的主要创新性成果如下:第一,对当前点定位算法的文献进行了研究和综述,并在此基础上,对哈希表算法进行了改进,改进后算法减少了存储需求;同时对二叉搜索树(Binary Search Tree,BST)算法中的划分超平面计算算法进行了改进,改进后的算法预处理时间大大减少。第二,BST树因其存储需求小,在线查找效率高而得到广泛应用,论文在分析了BST树算法和哈希算法的优点与不足的基础上,提出了一种多层哈希结构算法和改进后的多层哈希结构算法。多层哈希结构可以较均匀地控制每个哈希网格内PWA控制率的数量,且这个数量可以人为定义,但在哈希网格内顺序查找PWA控制率,效率低,存储需求大;改进后的算法,在每个哈希网格内建立BST树,存储查找表时,只需存储划分超平面和PWA控制率信息,既提高了在线效率,也节省了存储空间。第三,论文引入了高维数据结构——k维查找树(k-dimensional tree,k-d),在k-d树结构基础上构建了一个混合树型结构,作为EMPC中点定位问题的一个有效的解决方案,尤其对于高维和分区数量巨大的控制系统,具有相对高的执行效率。基于k-d树的混合构造树型结构分为“树干”、“树梢”和“叶子”三部分。“树干”部分选择轴对准超平面作为划分超平面,提高了树型结构的预处理效率;通过划分阈值的设置,控制了“树梢”部分的BST树结构的构造时间;混合树型结构非叶子节点只需保存划分超平面信息,叶子节点只需保存PWA控制率信息,降低了系统的存储需求。基于k-d树的混合构造树结构能够很好地协调离线计算、在线计算和存储需求之间的关系。第四,在k-d树,BST树,哈希表算法的基础上,论文提出的网格k-d树是个多叉树型结构,当状态参数空间高维,具有大量状态分区,且PWA控制率分布均匀时,与现有算法比,算法仍具有很高的在线查找效率,但需要相对大的存储空间。算法对树型结构的主体部分进行网格划分,且每次在一个维度上进行划分,可以降低计算复杂度和存储需求;在PWA控制率数量小于阈值的网络内,使用BST树进行构造,避免过多划分,降低了存储需求;在线查找时,算法通过哈希函数找到下一级的节点,查找快速高效。第五,论文初步尝试了将EMPC控制方法应用于三自由度(3 Degree Of Freedom,3-DOF)直升机的飞行控制,并做了点定位算法的有效性的验证研究。在研究了3-DOF直升机的动力学原理,控制系统的特性等基础上,建立了3-DOF直升机控制模型,通过mp-QP计算得到控制系统状态分区和相应的PWA控制率。针对3-DOF直升机,设计了调节仿真实验、跟踪仿真实验以及对应的Simulink仿真结构,通过仿真结果,分析了EMPC控制性能的影响因素。论文通过数字仿真,验证了所提出设计方法的有效性。最后,对全文进行了总结,并对进一步的研究提出了展望。

关键词：模型预测控制显式模型预测控制点定位问题多参数二次规划 PWA控制率多面体分区状态参数空间划分超平面

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基于显式模型预测控制和改进虚拟阻抗的双馈风机低电压穿越策略

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电网技术 2021年第5期45卷 1716-1723页

作者：罗嘉赵浩然高术宁王鹏孙开宁电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东省济南市250061 柏林工业大学电气工程与计算机科学学院德国柏林14195 国网新疆电力有限公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830002

为提高双馈异步发电机的低压穿越能力,提出了一种基于显式模型预测控制的改进虚拟阻抗控制方法。传统的虚拟阻抗法基于固定的虚拟阻值,补偿电压在不同的故障情况下不能灵活调整,其控制效果难以得到保证,特别是在不对称故障下,易造成转... 详细信息

为提高双馈异步发电机的低压穿越能力,提出了一种基于显式模型预测控制的改进虚拟阻抗控制方法。传统的虚拟阻抗法基于固定的虚拟阻值,补偿电压在不同的故障情况下不能灵活调整,其控制效果难以得到保证,特别是在不对称故障下,易造成转子变换器饱和,影响控制效果。所提出的显式模型预测控制方法结构简单、易于实现,并可充分抑制转子电流,实现故障穿越。此外,该方法采用离线推导分区的最优控制率,在线求解只需查找相应的控制率,计算速度快,能满足暂态期间的计算要求。详细介绍了该方法的设计原理,并在Matlab/Simulink中进行了验证。结果表明,所提出的控制方案性能良好,能够提高双馈发电机在低电压穿越下,特别是不平衡故障下的低电压穿越能力。

关键词：双馈感应电机虚拟阻抗控制显式模型预测控制低电压穿越

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车辆多目标自适应巡航显式模型预测控制

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交通运输工程学报 2020年第3期20卷 206-216页

作者：赵树恩冷姚邵毅明重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆交通大学交通运输学院重庆400074

为了兼顾车辆自适应巡航控制(ACC)系统的跟踪控制效果和实时性,提出了基于显式模型预测控制(EMPC)理论的车辆多目标自适应巡航控制方法;基于车辆间运动学关系建立自适应巡航控制运动学模型,根据预测控制理论推导预测时域内的跟踪误差预... 详细信息

为了兼顾车辆自适应巡航控制(ACC)系统的跟踪控制效果和实时性,提出了基于显式模型预测控制(EMPC)理论的车辆多目标自适应巡航控制方法;基于车辆间运动学关系建立自适应巡航控制运动学模型,根据预测控制理论推导预测时域内的跟踪误差预测模型,并确定车辆安全性、跟踪性、经济性和舒适性等多性能目标函数和约束条件;运用显式模型预测控制中的多参数规划理论,将基于反复在线优化计算的闭环模型预测控制系统转化为与之等价的显式多面体分段仿射(PPWA)系统,通过离线计算获得期望加速度与距离误差、速度误差、自车加速度和前车加速度等状态变量之间的最优控制律,并设计在线查表的搜索流程,通过定位当前状态所处分区,并应用该分区的显式控制律实现自适应巡航控制;进行了纵向跟踪工况仿真验证,并与传统MPC-ACC控制方法进行对比。对比结果表明:在前车正弦加减速工况下,EMPC-ACC控制器单步运算速度比MPC-ACC控制器平均提升了53.51%,EMPC-ACC控制下的平均距离跟踪误差为0.220 3 m,平均速度误差为0.340 1 m·s-1;在前车阶跃加减速工况下,EMPC-ACC控制器单步运算速度比MPC-ACC控制器平均提升了72.96%,EMPC-ACC控制下的平均距离跟踪误差为0.331 9 m,平均速度误差为0.399 1 m·s-1。可见,提出的EMPC-ACC控制算法在保证纵向跟踪性能的前提下,有效地提高了自适应巡航控制的实时性。

关键词：汽车工程自适应巡航控制多性能目标优化显式模型预测控制多面体分段仿射多参数二次规划

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智能汽车轨迹跟踪多目标显式模型预测控制

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汽车工程 2024年第5期46卷 784-794,815页

作者：赵树恩王盛冷姚重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

针对现有智能汽车轨迹跟踪控制算法难以同时保证跟踪精确性、横向稳定性、舒适性以及控制实时性的问题,提出了一种基于多目标优化和显式模型预测控制理论的轨迹跟踪控制策略(MO-EMPC)。首先,建立考虑跟踪精确性、横向稳定性、舒适性的... 详细信息

针对现有智能汽车轨迹跟踪控制算法难以同时保证跟踪精确性、横向稳定性、舒适性以及控制实时性的问题,提出了一种基于多目标优化和显式模型预测控制理论的轨迹跟踪控制策略(MO-EMPC)。首先,建立考虑跟踪精确性、横向稳定性、舒适性的多目标函数及约束。然后,针对传统MPC控制实时性低的问题,设计基于EMPC的多目标优化轨迹跟踪控制器,通过引入多参数二次规划(MPQP)理论,将反复在线优化求解过程转化为等价的分段仿射系统(PPWA),离线计算得到最优显式控制律以供实时控制调用,减少在线运算时间。最后,基于CarSim/Simlink联合仿真方法,将所设计控制器的轨迹跟踪多目标优化效果与MPC控制效果进行对比验证。研究结果表明,所提出的轨迹跟踪策略在保证良好的跟踪精度前提下,横向稳定性、舒适性方面的表现更优于MPC控制器,且算法在线运行速度提高56.63%。

关键词：汽车工程轨迹跟踪多目标优化智能车辆显式模型预测控制

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高性能永磁同步电机显式模型预测控制算法研究

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电工技术学报 2023年第22期38卷 6039-6058页

作者：刘忠永范涛何国林温旭辉中国科学院大学北京100049 中国科学院电工研究所北京100190

该文提出一种应用于永磁同步电机的级联式高性能显式模型预测控制算法,基于多参数规划思想建立系统参数化模型,离线求解有约束条件下的最优解并以状态量的分段仿射函数形式保存,解决了连续控制集模型预测控制算法在线求解的算力需求问题... 详细信息

该文提出一种应用于永磁同步电机的级联式高性能显式模型预测控制算法,基于多参数规划思想建立系统参数化模型,离线求解有约束条件下的最优解并以状态量的分段仿射函数形式保存,解决了连续控制集模型预测控制算法在线求解的算力需求问题;全面介绍了显式模型预测控制的应用思想及设计流程,分析了在永磁同步电机控制中模型失配、死区效应、数字延时等非理想因素带来的影响并给出了应对措施;与传统PI控制算法进行对比,通过仿真与实验验证了显式模型预测控制算法的有效性及优越性。

关键词：永磁同步电机(PMSM) 显式模型预测控制最优化控制转速预测控制电流预测控制

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应用显式模型预测控制的永磁同步风电机组频率电压协同调节

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西安交通大学学报 2024年第8期58卷 9-18页

作者：闫逸辰寇鹏张远航李华李旭东熊尉辰梁得亮西安交通大学电气工程学院西安710049 西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 西安交通大学陕西省智能电网重点实验室西安710049 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院西安710100

为解决高压直流输电线路发生闭锁故障引起送端近区功率冗余、造成频率和电压升高的问题,提出了一种面向频率电压协同调节的永磁同步风电机组的显式模型预测控制(EMPC)策略。该控制策略利用了直驱式永磁同步风力发电机组具有同时调节电... 详细信息

为解决高压直流输电线路发生闭锁故障引起送端近区功率冗余、造成频率和电压升高的问题,提出了一种面向频率电压协同调节的永磁同步风电机组的显式模型预测控制(EMPC)策略。该控制策略利用了直驱式永磁同步风力发电机组具有同时调节电网频率和电压的能力。根据频率摆动方程和电压灵敏度模型建立了换流站母线电压和电网频率的状态空间模型;将永磁同步风电机组的有功输出和无功输出相结合,利用多个EMPC控制器计算代价函数下的最优输出并进行组合,计算出故障后永磁同步风电机组的参考功率输出,以实现送端近区频率和电压的协同控制。在MATLAB/Simulink平台进行仿真验证表明:当闭锁故障发生时,EMPC控制策略不仅可以降低送端近区的频率和电压的峰值与稳态值,而且与其他控制方法相比,频率峰值降低了0.089 Hz,电压峰值降低了0.012(标幺值)。该研究可为电力系统的频率电压控制提供理论及工程参考。

关键词：永磁同步电机风力发电频率控制电压控制显式模型预测控制

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基于ARM-Linux平台的显式模型预测控制算法实现

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东南大学学报（自然科学版） 2011年第B09期41卷 18-22页

作者：张聚蔡文豹谢碧锋浙江工业大学信息工程学院杭州310023

为了对显式模型预测控制算法进行实验研究,建立了基于ARM-Linux平台的显式模型预测控制实物仿真控制系统.在ARM-Linux平台上实现了显式模型预测控制算法的在线计算过程,把传统的隐式模型预测控制的反复在线优化计算问题转变为在线数据... 详细信息

为了对显式模型预测控制算法进行实验研究,建立了基于ARM-Linux平台的显式模型预测控制实物仿真控制系统.在ARM-Linux平台上实现了显式模型预测控制算法的在线计算过程,把传统的隐式模型预测控制的反复在线优化计算问题转变为在线数据搜索过程,简化了在线计算过程,提高了在线计算速度,减少了在线计算时间.对显式模型预测控制算法的离线计算步骤、实物仿真控制系统设计的整体结构、离线计算得到的被控系统状态分区及其对应分区上的显式线性控制规律库结构、接口函数的结构和ARM-Linux环境下的控制系统结构进行了讨论.最后给出了基于ARM-Linux平台的显式模型预测控制算法控制效果.

关键词：显式模型预测控制 ARM—Linux平台在线数据搜索

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电力系统电压崩溃的显式模型预测控制

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电力系统保护与控制 2012年第16期40卷 8-14页

作者：张聚陈圆丁靖浙江工业大学信息工程学院浙江杭州310032

由于电力系统不仅包含非线性动态,还包含了离散事件以及一些离散的操纵变量,因此电力系统本质上是一个复杂的混杂系统。利用混合逻辑动态(MLD)模型和分段仿射模型(PWA)描述电力系统的非线性动态特性、离散事件和变量,建立电力系统的混... 详细信息

由于电力系统不仅包含非线性动态,还包含了离散事件以及一些离散的操纵变量,因此电力系统本质上是一个复杂的混杂系统。利用混合逻辑动态(MLD)模型和分段仿射模型(PWA)描述电力系统的非线性动态特性、离散事件和变量,建立电力系统的混杂系统模型。针对电力系统的混杂模型,将显式模型预测控制技术应用于电力系统,并对电力系统的电压进行稳定控制。数值仿真研究表明,所提方法能够预测和防止电压崩溃,并对于故障情况能够迅速地做出响应,表明该方法是有效的。

关键词：电力系统紧急电压控制 PWA近似 MLD模型显式模型预测控制

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