２ ０ １ ３年第 ４期

工业仪表 与 自动 化装 置
・ ９・
增 量 式 多变 量预 测 函数 控 制 算 法研 究
蔡宏斌 ， 苏成利
（ 辽 宁石 油化 工 大学 信 息与控 制 工程 学 院 ， 辽宁 抚顺 １ １ ３ ０ ０ １ ）
摘要 ： 针 对在 实际 系统 中测得 的 装置模 型 大 多是 增 量式模 型 ， 提 出增量 式 多变量预 测 函数控制
ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
０ 引 言
预测 函数 控 制 （ Ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ， 简
称Ｐ Ｆ Ｃ） 最早 是 由法 国 Ａ Ｄ Ｅ Ｒ Ｓ Ａ公司的 Ｒ ｉ ｃ ｈ ａ ｌ ｅ ｔ 与
Ｃ ＡＩ Ｈｏ ｎ ｇ ｂ ｉ ｎ， Ｓ Ｕ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｌ ｉ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＩ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｉ ｈ ｕ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｆｕ ｓ ｈ ｕ ｎ １ １ ３ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ，ｔ ｏ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｐ ｒ ｅ —
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｍｏ ｓ ｔ ｌ ｙ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ —
输人多输出的多变量系统的控制效果无法满足其控
制 要求 。从 预测 函数控 制 的工 作 机理 来 看 ， 预 测 函
数控制不仅适合单输入单输 出系统， 同时也能适合 多 输人 多输 出 系统 。有人先 后在 预测 模型 的选择 与
结构、 操纵 变量 约束 的处 理等 方 面 对基 于 Ｐ Ｆ Ｃ算 法 进 行 了改进 ， 并将 改 进 算 法从 单 变 量 系 统扩 展 为 多 变 量 系统 。 目前 ， 许 多学 者对 多 变 量 Ｐ Ｆ Ｃ作 了大 量
ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｉ ｒ ｔ ｈ ｍ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ；ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ；ｍｕ ｈｉ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ；ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ叩 一
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ １ ３ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ０— ０ ６ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ０ ９— ０ ５
Ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｐｒ ｅ ｄｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ
ｄｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｔ ｏ ｄ ｅ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｃ ｋ ｏ ｆ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ １ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ
算 法 。该 算法将 复 杂的 多输 入 多输 出的传 递 函数 转化 成 直观 而有 效 的 简单 形 式 ， 同 时利 用单 点优 化 方 法求得 解析 的控 制律 ， 避免 了复 杂 的模 型优 化 求解 ， 解 决 了位 置 式预 测 函数控 制 算法应 对增 量 式模 型 的 不足 。仿 真 结果表 明该控制 算 法具有 较好 的控 制 品质 。 关键 词 ： 增 量式模 型 ； 预 测 函数控 制 ； 多变量 系统 ； 单点优 化
ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｍｏ ｄｅ ｌ ｐｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｍｕ ｈｉ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｐｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ． Ｃｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｉ ｎ ｐ ｕｔ ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｏ ｕｔ ｐ ｕｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｆ ｕｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｏ ｉ ｎ ｔ ｕｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎｄ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｏｒ ｆ ｍ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｗ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ