變結構預測控制

基本概念

變結構滑模控制的魯棒性好，算法也較簡單，是一種比較適合於實際套用的技術.但變結構滑模控制對系統時滯較為敏感，易於在設定點附近產生所謂“顫振”現象，大時滯系統則會導致滑模條件的破壞，引起系統振盪.實際被控對象一般都具有或大或小的時滯，這就使這一優良的控制技術難以大量推廣套用。在變結構滑模控制中引入了參數辨識器和狀態預估器，使之具有較強的自適應能力，可對大滯後和變參數對象進行有效控制，並稱之為變結構預測控制(Variable Structure Prediction Control )，簡稱為VSPC。

VSPC的構成和算法

VSPC的結構框圖見圖1。

圖1

辨識器通過線上收集到的數據不斷對過程進行辨識，估計過程模型的參數，狀態預估器則依據此模型對系統狀態進行預報，以克服系統所存在的時滯影響.變結構滑模控制也依據此模型整定控制參數，並依據預報狀態對系統進行快速的結構切換，使系統狀態沿著滑模超平面迅速而無超調地到達設定狀態。

對存在著時滯的變結構系統，可用下述系統方程和控制方程表示：

閉環可辨識問題

一般自適應調節器，包括VSPC在內都是工作在閉環條件下，這就產生了閉環參數可辨識問題。

在閉環系統中，由於反饋的作用，不同的輸入可能獲得幾乎相同的輸出，因此所能提供的系統動態特性的信息較之開環要少得多；此外，在開環系統中，輸入和輸出所受到的干擾是不相關的，但在閉環系統中，輸入總是與輸出噪聲相關。這些原因造成了閉環辨識的困難，並可能因此而產生參數不完全辨識問題一般的自適應調節器為了滿足可辨識條件，採用了人為指定一些參數而不參加辨識的方法，使其餘參數能得到有效辨識，但這無疑會影響到系統的性能，使之難於達到最優.但VSPC情形完全不同，它是通過切換調節器來對系統進行有效控制的，是一種非線性控制系統，因此不存在閉環參數可辨識問題。

VSPC特性

VSPC對大滯後對象控制的有效性

對於帶時滯的由二個慣性環節串聯而成的二階系統，系統迅速而無超調地到達了設定點。雖然系統的滯後比較大，但VSPC的控制十分有效.

VSPC對非最小相位系統的控制

既使系統是具有較大滯後的非最小相位系統，VSPC仍能進行有效控制。

變結構預測控制(VSPC)是一種具有實用價值的新型控制技術。辨識器和預估器的引入，使變結構滑模控制具有了較強的自適應能力，魯棒性也得到進一步的加強。另一方面，變結構控制也使閉環參數的完全辨識成為可能。二者的結合是相輔相成而又相得益彰。

VSPC在機組協調控制中的套用

變結構控制是一種普遍適用的控制系統綜合方法，它利用切換函式將控制系統的設計轉化為求解控制量，因而系統設計比較簡單。與傳統的預測控制方法相比，該算法具有設計簡單、易於實現的優點。

採用以上變結構預測控制算法，可以套用協調的控制策略。在控制結構上，新協調方案保留常規鍋爐主控方案中的“前饋”+“反饋”的控制模式。在主汽壓力和分離器溫度的閉環控制迴路中，採用變結構預測控制VSPC(Variable Structure Predicrive Control)代替常規的PID控制器。PID調節器是根據當前和以前的被控偏差來計算控制作用，而VSPC是主要根據被調量未來的預測值來計算控制作用，很明顯VSPC可以提前控制和調節，適合於大滯後被控過程的控制。