一种基于软约束的区间预测控制建模及优化方法

摘要

一种基于软约束的区间预测控制建模及优化方法。该控制方法步骤如下：(1)基于过程预测模型，建立包含约束项、控制项和经济项的二次性能指标；(2)通过求解松弛变量，判断综合优化方法是否可行(3)给出了控制模型输出约束不可行时软约束松弛变量的求解方法，实现了区间预测控制模型输出约束不可行时可行域范围的调整；(4)采用一种边界可行序列二次规划方法，用以解决初始点选择不佳导致方法增加计算量或难以找到最优解以及计算中舍入误差的影响会破坏Hessian矩阵正定性等情形的问题，并求出最优控制输入。本发明能够建立复杂的多变量系统控制模型，基于软约束调整准确快速求解出控制律，有利于实现多变量系统的良好控制。

主权项

一种基于软约束的区间预测控制建模及优化方法，其特征在于：该方法内容包括如下步骤：步骤一：利用被控变量预测输出与软、硬约束构造区间约束项指标，对输出进行区间控制；步骤二：记被控变量预测输出超出软约束区间的上线或下线的偏差值为松弛变量A1或A2，软约束上线与硬约束上线和软约束下线与硬约束下线差值分别记为B1和B2；根据A1与B1或A2与B2的比值确定区间约束项加权矩阵元素的大小：当比值大于1时，对应的权值矩阵元素都为1；当比值介于0和1之间时，对应的权值矩阵元素为比值的平方；当比值为0时，对应的权值矩阵元素都为0；步骤三：利用被控变量经济约束构造被控变量区间控制项指标，利用操作变量经济约束构造操作变量区间控制项指标，被控变量区间控制项指标与操作变量区间控制项指标之和统称为区间控制项指标；步骤四：利用输出量、控制量和控制量增量的二次性能指标之和构造控制模型经济项指标；将所述的输出量和控制量的权值矩阵元素与产品产量有关的权值设为负值，将与成本有关的权值设为正值，而将与产量和成本均无关的二次性能指标对应的权值设为零，则控制增量的加权矩阵为单位矩阵；步骤五：用区间约束项指标、区间控制项指标和经济项指标的二次性能指标三者之和作为综合优化方法的控制模型，各项权值矩阵的调节遵循变量优先权原则，优先级顺序为：约束项、经济项、控制项；只有被控变量处于软约束范围内时才能对经济项和控制项的权重进行协调，此时区间约束项权值全部为0，且经济项的权值的最小值大于对应项控制项的权值的最大值；步骤六：通过求解松弛变量A1或A2是否为0，判断求解方法是否可行；当求解方法不可行时，输出软约束放松大小为松弛变量A1或A2，使控制模型重新变得可行；在可行性分析后，当松弛变量的解为0时，控制模型可行，当松弛变量的解不为0时，控制模型不可行；步骤七：当求解方法可行时，若初始点选择不佳，用蒙特卡罗方法找到接近最优点的可行域点；步骤八：在Hessian矩阵正定性的确保下，采用积极约束估计集方法，减少二次规划方法中子问题的约束条件，并结合最速下降与拟牛顿方法求取最优化过程的可行下降方向，通过循环迭代求取最优控制输入。