研究背景

全局系统运行的经济性通常用一类定义在系统工作范围的经济指标（泛指一类评价系统运行状况的性能函数）评价。全局优化运行的目标，是使得系统实际闭环运行轨迹在允许的工作范围内，同时尽可能减少各时刻工作状态对应的经济指标在整个生产过程的累积量。工业4.0背景下要求系统在工作过程中，对定制生产下不同排产计划、更小尺度的对象模型变化（如不同批次组分差异的原料、不同反应过程工况变化）都有对应的系统模式变化，在这种情况下的全局优化问题可归结于讨论切换非线性系统在不同工作点的平稳切换和经济切换问题。

基于耗散性条件的EMPC及切换策略

针对不同模式有限时域下控制算法可行域未必存在交集的系统，本文提出了对应的经济预测控制算法（EMPC）及切换策略。切换发生时，构造一系列可行中间过渡稳态点拓展前后模式的可行域，通过设计局部EMPC控制器，将状态逐次转移至中间点并完成切换。

模式切换策略示意图

在这一策略下，本文构造了基于耗散的EMPC辅助性能指标，在辅助性能指标控制下的EMPC能够保证任一可行稳态点渐近稳定，并尽可能逼近原经济性能指标。进一步，本文设计了对应的切换策略，在模式常规运行时，算法保证状态稳定在该模式的稳态经济优化点。同时，在模式切换时根据前后模式的经济指标求解和更新可行中间点及最优轨迹，将状态逐次转移至中间稳态点并利用最优轨迹保证状态在模式间的平稳切换和经济切换。

仿真验证

仿真验证中，考虑CSTR系统因进料变化发生切换，所提方法保证了切换过程的可行性和稳定性，同时较非线性MPC提高了整个运行过程的闭环经济性能。

切换过程状态轨迹

引用格式：杨亚茹, 李少远. 切换非线性系统全局优化运行的经济预测控制. 自动化学报, 2017, 43(6): 1017-1027

链接：http://html.rhhz.net/ZDHXBZWB/html/2017-6-1017.htm

作者简介：

杨亚茹上海交通大学自动化系博士研究生。主要研究方向为预测控制。E-mail: yangyr@sjtu.edu.cn

李少远上海交通大学自动化系教授。主要研究方向为自适应控制,满意优化控制, 预测控制。本文通信作者。E-mail: syli@sjtu.edu.cn