[发明专利]稳定确定性的基于最优化的控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及控制系统并且更具体地涉及确定性的基于最优化控制的系统。

背景技术

通常，如工业设备或发电系统的控制系统可以是动态的并且包括各种约束条件。例如，对控制系统的约束条件可以是执行器限制、可操作约束条件、经济制约和/或安全性制约的结果。因此，对这种多变量约束的动态系统的控制会是复杂的。如耦接的多回路的比例积分微分（PID）控制器的技术可能不是最适用于处理对这种复杂的控制系统的控制。另一方面，能够处理多变量约束条件的一种过程控制技术是基于最优化控制（OBC）。具体地，OBC可以通过使系统能够更靠近各种约束条件进行工作（即通过动态最优化）来改进控制系统的性能。

然而，由于动态最优化计算涉及在每个采样时间处解决约束的最优化问题如二次规划（QP）问题，所以OBC会是计算上费力的。利用通用求解器可能花费数秒甚至数分钟。另外，难以预测优化器解决约束的最优化问题所需的时间。因此，为了将OBC用于具有更快的动态的控制系统，常常有益的是可以使确定性的OBC能够在预先确定的控制时间内提供可行的控制动作。

发明内容

与最初要求保护的本发明的范围相称的某些实施方式被概述如下。这些实施方式不意图限制所要求保护的本发明的范围，而是这些实施方式仅意图提供本发明的可能的形式的提要。实际上，本发明可以包含可以与下面所阐述的实施方式相似或不同的各种形式。

第一实施方式提供了一种控制方法，该控制方法包括：确定受控过程的多个变量的第一稳定可行控制轨迹，该第一控制轨迹与针对第一时间步长所应用的控制轨迹相同或者是针对第一时间步长所应用的控制轨迹的延伸，该轨迹在第一时间步长之后的多个未来时间步长上延伸；针对继第一时间步长之后的第二时间步长确定多个变量的第二稳定可行控制轨迹；在第二时间步长处确定应用第一可行控制轨迹的第一成本；在第二时间步长处确定应用第二可行控制轨迹的第二成本；比较第一成本和第二成本；基于在预先确定的时间帧中的比较，选择第一可行控制轨迹或第二可行控制轨迹；以及通过应用所选择的控制轨迹来控制受控过程。

第二实施方式提供了一种控制方法，该控制方法包括：基于针对第二时间步长之前的第一时间步长所应用的控制轨迹，在预先确定的时间帧内针对第二时间步长来确定受控过程的多个变量的第一稳定可行控制轨迹，该轨迹在第一时间步长之后的多个未来时间步长上延伸；应用基于最优化控制算法针对第二时间步长来确定第二可行控制轨迹；如果应用第一可行控制轨迹的第一成本小于应用第二可行控制轨迹的第二成本，或者如果基于最优化控制算法在允许的时间内不确定第二可行控制轨迹，则选择第一可行控制轨迹；以及通过应用所选择的控制轨迹来控制受控过程。

第三实施方式提供了一种控制系统，该控制系统包括用于存储可执行代码的存储器电路以及用于执行代码的处理电路。当代码被执行时该代码定义了下述步骤：确定受控过程的多个变量的第一稳定可行控制轨迹，该第一控制轨迹与针对第一时间步长所应用的控制轨迹相同或者是针对第一时间步长所应用的控制轨迹的延伸，该轨迹在第一时间步长之后的多个未来时间步长上延伸；针对继第一时间步长之后的第二时间步长确定多个变量的第二稳定可行控制轨迹；在第二时间步长处确定应用第一可行控制轨迹的第一成本；在第二时间步长处确定应用第二可行控制轨迹的第二成本；比较第一成本和第二成本；基于在预先确定的时间帧内的比较，选择第一可行控制轨迹或第二可行控制轨迹；以及通过应用所选择的控制轨迹来控制受控过程。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，贯穿附图相似的符号表示相似的部分。

图1描述了利用确定性的基于最优化控制（OBC）的控制系统的实施方式的框图；

图2描述了根据图1的确定性的基于最优化控制的实施方式的框图；

图3描述了根据图2的处理电路的实施方式的框图；

图4描述了控制系统内通信地耦接到其他模块的确定性的OBC模块的实施方式；

图5A描述了用于解决找到了最优解的二次规划问题的可行搜索方法的实施方式；

图5B描述了用于解决未找到最优解的二次规划问题的可行搜索方法的实施方式；

图5C描述了用于解决找到了最优解的二次规划问题的不可行搜索方法的实施方式；

图6描述了基于最优化控制中所使用的稳定化过程的实施方式的框图；

图7A描述了二次规划问题的第一可行解；

图7B描述了与二次规划问题的第二可行解相比推进了一步的第一可行解；