比较研究PID和MPC控制器使用实验室的观点

V.Balaji¹L.Rajaji博士²,

研究学者,部门的电气工程Singhania大学Pacheri巴里,拉贾斯坦邦,印度¹
本金,手臂工程与技术学院,Marai马来Nagar,钦奈,印度²

文摘

分析研究已经完成一阶延迟时间(FODT)模型比例积分微分(PID)控制的模型预测控制(MPC)控制器使用实验室虚拟仪器工程工作台(虚拟仪器)软件。本文说明了实际上MPC使用和MPC实现在虚拟仪器的概述。仿真结果获得PID和MPC控制器之间的比较。性能比较表明一个好的相关PID和MPC控制器。

关键字

MPC控制器、PID控制器、优化方法、实验室视图,FODT。

介绍

过程控制理论发展和新类型的控制器方法被引入。常用PID控制器由于其简单性和有效性。在大多数行业使用PID控制器。还没有公认为这个控制器设计方法。在1970年引入了MPC控制器的控制范围广泛的过程在以下部分性能分析已经完成对一阶延迟时间模型,利用PID控制和MPC控制器使用实验室视图。由于PID控制器及其优化方法以几十年。所以他们不会详细给出。因为MPC控制器新他们将在以下部分。

实验室视图代表实验室虚拟仪器工程工作台。实验室视图环境包含两个编程图层面板和框图。前面板控制和指标,构建的交互式输入和输出终端分别VI。虚拟仪器有许多内置的功能,比如I / O数据通信、状态图、数学、信号处理、系统识别和评估。控制设计仿真模块。使用上述功能的虚拟仪器MPC模型模拟。

模型预测控制(MPC)

模型预测控制继电器过程通常线性动态模型的实证模型获得的系统识别。模型预测控制是指一个类的计算机控制算法,利用显式流程模型预测未来响应植物。MPC控制器包含三个基本功能模块如图1所示。优化器找到最优控制输入u * (t),当应用于植物给成本的最小值。当然,这种优化必须完成的约束和成本函数。状态估计是用来预测无边无际的州^ x (t)的形式。

模型预测控制优化的输出装置在一个有限的地平线以迭代方式如图2所示。假设控制器的步长是在时间步k t .当前植物状态是采样和优化计算成本最小化控制策略u * (t)对未来有限的时间步骤k = t + 0 t;t + 1;:::;t + pT p是向前看的数量预测地平线的步骤。在实际情况下,整个过程最优控制序列不能用于。这是由于不准确的流程模型并添加扰动过程中可能导致的错误预测输出与实际过程的输出。仅用于预测数学模型和状态计算,预测误差积累。

第一步的控制策略应用于植物和植物状态是衡量又作为下一个时间步的初始状态。这个反馈的测量信息来优化器增加鲁棒性控制。植物状态再次取样,重复整个过程的新收购的状态。预测时间窗口(t + 0 t;t + 1;:::;t + pT]向前变化在每一个时间步(MPC的原因也被称为滚动时域控制其他名字像Rolling-Horizon规划、动态矩阵控制(DMC和广义预测控制(GPC)也被用于MPC。

模拟

在本节中,我们将考虑使用实验室视图模型。考虑一阶系统下面。

其中T系统的时间常数,K是泵增益。设置T = 8 s和K = 4替代在上面的方程,我们得到的值

图3显示了前面板图的波形上面的模型使用实验室视图软件从上面的图很明显说明货币政策委员会如何达到设置点在下一节中我们将看到MPC控制器的性能分析的一阶延迟时间模型及其波形使用软件实验室视图(参见图4)。

一阶延迟时间模型

我们认为FODT系统X = - 1 / T +骨(T)的值设置为T = 8 K = 4 = 4,是时间延迟。MPC算法要求模型是一个线性状态空间模型,但是时间延迟导致的问题。一个解决方案可以将微分方程一个传递函数。然后我们可以使用内置函数在实验室视图将它转换成一个线性状态空间模型。应用拉普拉斯变换得到上述表达式

图5显示了MPC调优参数用于上述模型。上面的图清楚地展示了MPC参数后如何到达目标。FODT的图5显示了传递函数模型及其波形,它还表明,达到设定值延迟时间4 s。= 4

从图6和图7的波形清晰地说明了MPC和PID控制器之间的区别。从图6中我们可以观察到,货币政策委员会达到速度点。而在PID控制器的设置点。(参见图7)。英国央行货币政策委员会试图把过程可以在不违反约束。的意思而PID控制器还远远没有约束。货币政策委员会的区别和PID控制器由于下列原因发生。

一个¯·PID控制器处理只有一个输入和一个输出(输出系统)。

¯·MPC控制器是一个更先进的过程控制方法用于MIMO系统(多输入、多输出)。

一个¯·在PID控制器中,没有约束的知识。

一个¯·MPC的主要优势是其处理约束的能力。

一个¯·PID控制器没有能力处理约束条件

一个¯·PID控制器不需要模型的过程

一个¯·MPC控制器需要流程的模型。

结论

本文结果集的模拟当FODT流程控制与PID控制器和MPC控制器。分析清楚地表明,置位点在传统控制远非约束而在MPC置位点是接近约束。本文证明了MPC试图把过程尽可能限制在不违反它们。这些仿真结果是有用的在控制系统所需的修改行业最优控制。

数据乍一看


图1	图2	图3	图4

图5	图6	图7

引用

c·卡特勒和b . Ramaker动态矩阵控制,计算机控制算法,,“自动控制会议,旧金山,CA, 1980年。
c . e . Garca d . m . Prett, m·莫拉里“模型预测控制:理论”和实践的调查,“自动化,25卷,没有。3、335 - 348年,1989页。
埃里克·路德(2012),“介绍控制设计和仿真实验室使用视图”莱斯大学,休斯顿,德克萨斯州。
j . Richalet a . Rault j . Testud, j .帕庞”模式预测启发式控制应用到工业过程”,自动化,14卷,没有。5,413 - 428页,1978年。
国家仪器,2012年。虚拟仪器在http://www.ni.com/pdf/manuals用户手册。
http://techteach。没有被芬兰人Haugen /虚拟仪器。
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6368基于黎明蒂尔伯里教授从密歇根大学教程。