引用本文

张晓东, 高绍姝, 刘新平. 多速率分布式预测控制及其在热连轧活套系统中的应用. 自动化学报, 2018, 44(5): 935-942. doi: 10.16383/j.aas.2017.c160355

ZHANG Xiao-Dong, GAO Shao-Shu, LIU Xin-Ping. Multi-rate Distributed Predictive Control and Its Application to Looper Control System of Hot Strip Rolling. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2018, 44(5): 935-942. doi: 10.16383/j.aas.2017.c160355

http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2017.c160355

关键词

分布式预测控制，多速率，活套系统，多智能体 

摘要

多智能体协调控制系统更适合采用分布式控制方式，但是处理智能体之间的耦合影响是分布式控制的一个难点.本文针对串联结构下的多智能体系统，提出一类多速率分布式预测控制策略，异步更新多智能体的控制律，能够充分考虑智能体之间的耦合影响，提高系统的稳定性，并给出了系统稳定的充分条件.最后，将多速率分布式控制算法应用到热连轧活套系统，仿真验证了方法的有效性和可行性.

文章导读

随着多智能体系统的广泛应用, 分布式预测控制成为研究的热点[1-4].采用分布式控制方式能够把整个系统的优化问题分散到各个子系统中去解决, 适用于各子系统间动态独立的对象.基于预测控制原理, 学者们提出了多种分布式控制控制策略.如子系统控制律同步获取、同步实施[5-6]; 顺序获取、同步实施[7-8]以及迭代方式获取、同步实施[9]等方式.热连轧活套系统是具有串联结构的多智能体控制系统.研究人员在热连轧活套系统控制器的设计方面主要采用分散式控制策略, 针对单机架的多输入多输出活套系统设计控制器[10].如采用滑膜控制、鲁棒控制、模糊控制、预测控制等获得了较好的控制效果.由于活套高度与张力控制系统具有强耦合特性, 增加了控制器设计的难度.其中文献[11]采用多通路控制策略[12-13], 活套高度和张力系统交互更新控制律, 对子系统之间的耦合影响具有较好的抑制效果, 并建立了活套关联系统模型, 在设计单机架控制器的时候, 考虑了下游机架轧制速度的影响, 提高了活套系统的控制性能.但是, 如果采用同步更新控制策略, 下游机架轧制速度更新的同时会对上游机架的张力系统产生影响.整个活套系统的稳定性及协调性有待进一步提高.本文针对具有串联结构的多智能体控制系统, 提出一类多速率分布式预测控制策略, 并将该算法应用到热连轧活套控制系统, 提高系统的稳定性和协调性, 通过仿真实验验证了该方法的有效性和可行性.

图 1  分布式预测控制方框图

图 2  活套系统示意图

图 3  控制器同步更新与异步更新比较

针对串联结构的多智能体系统, 提出一类多速率分布式控制策略.利用信息的有向传递, 顺序更新子系统的控制律, 能够有效地补偿智能体之间的耦合影响, 提高智能体之间的协调性和稳定性, 减轻计算负担, 并给出了系统稳定性的充分条件.通过热连轧活套张力系统的仿真实验表明, 该控制策略具有较好的控制效果.

作者简介

张晓东

中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院讲师.2011年毕于北京理工大学获得博士学位.主要研究方向为预测控制, 鲁棒控制, 数据驱动.E-mail:zhagnxiaodong@upc.edu.cn

刘新平  

中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院副教授.2009于中国石油大学获博士学位.主要研究方向为模糊控制, 预测控制E-mail:liuxinp@upc.edu.cn

高绍姝  

中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院讲师.2013年于北京理工大学获得博士学位.主要研究方向为图像处理和彩色夜视.本文通信作者.E-mail:gaoshaoshu@upc.edu.cn