一種基于改進GA的快速GPC算法在非線性系統(tǒng)中的應用

1、 一種基于改進GA的快速GPC算法在非線性系統(tǒng)中的應用 葛宗年 張淑娟摘 要：廣義預測控制作為一種先進的控制策略，被廣泛應用于復雜的工業(yè)過程。它具有預測及自適應控制的優(yōu)點，在線估計參數(shù)，實現(xiàn)自適應控制。本文提出一種基于改進GA的快速廣義預測控制算法，并針對仿真實驗，選取了4種典型結構進行了仿真實驗，實驗結果表明：無論是否存在外界干擾，廣義預測控制算法均能夠有效地控制大時滯系統(tǒng)，且控制精度非常高。Key：GPC算法;非線性系統(tǒng);應用DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.21.1111 前言GPC算法是，1984年英國D.W.Clarke等人提出的一種重要的適應性控制算法1

2、。理論經過不斷得到完善和發(fā)展，在復雜的工業(yè)過程中展現(xiàn)了良好的控制性能2-4。它基于廣義最小方差控制，引入了多步預測的思想進行優(yōu)化，有效的提升了抗負載擾動、隨機噪聲、時滯變化等能力，魯棒性較強5-6。工業(yè)過程控制中通常具備多回路和非線性、強耦合、大滯后、強干擾特性，應用常規(guī)的PID控制算法，通常得不到理想的控制效果和較高的自動投運率。對此，本文將提出了一種改進的GPC算法，并將它應用于4種典型結構中，通過預測模型、滾動優(yōu)化、在線辨識和校正四個步驟，實現(xiàn)了在線估計模型參數(shù)，并修正控制律從而改善控制品質。仿真結果顯示，改進廣義預測控制算法提升了非線性系統(tǒng)的控制性能，增強了適應性和魯棒性，且控制精度得

3、到提高。2 快速廣義預測控制算法Clarke等提出的GPC是一種應用于復雜工業(yè)過程的魯棒算法，具有良好的控制性能。但它缺點明顯，比如模型參數(shù)的在線辨識、逆矩陣的求解和Diophantine方程等過程中存在較大計算量等，特別是求逆矩陣。文6提出一種改進的雙柔化系數(shù)的廣義預測控制算法，下面對這種改進的GPC算法進行簡要的闡述。為了方便比較各種遺傳算法在參數(shù)優(yōu)化時的優(yōu)劣。本文中分別采用了傳統(tǒng)的遺傳算法（SGA）和鏈式遺傳算法（LAGA），仿真平臺是 Matlab7.0，1G 內存，2.12GHz AMD Athlon CPU。3 種算法均采用自適應結束條件。參數(shù)設置 K=30，Q=80。在 SGA

4、中，交叉概率為 0.95，變異概率為 0.05; LAGA 中交叉概率為 0.95，變異概率為 0.05。表1為3種遺傳算法性能優(yōu)化比較表，從表1中可以看出， LAGA的目標函數(shù)的執(zhí)行時間要快于傳統(tǒng)的SGA算法。采用SGA和AGA優(yōu)化時，在上述參數(shù)取值范圍內隨機取n=3， m=2，=0.4855，=0.3868， =0.3668。 圖1，2為優(yōu)化前后的控制過程曲線。將優(yōu)化算法應用到上述穩(wěn)定最小相位、穩(wěn)定非最小相位、不穩(wěn)定最小相位和不穩(wěn)定非最小相位4種典型結構，作出仿真結果。比較圖1、圖2可以看出，由于本文提出的算法，根據(jù)系統(tǒng)的實際性能，利用LAGA對輸入輸出柔化系數(shù)，在每一時刻，進行實時的在線

5、調整，使其在跟蹤性能和魯棒性上更優(yōu)，比固定參數(shù)設計效果更好。5 結語本文通過優(yōu)化GPC算法中控制參數(shù)整定，整合了遺傳算法非線性映射能力和不確定性系統(tǒng)適應能力，提出了一種改進的基于雙柔化系數(shù)型廣義預測控制算法， 使算法中，輸出柔化系數(shù)和控制增量加權系數(shù)或輸入柔化系數(shù)實現(xiàn)了在線調整。仿真試驗結果表明，該優(yōu)化算法在魯棒性和跟蹤性上表現(xiàn)出良好的性能。Reference：1Clarke，D.W.，Mohtadi，C.and Tuffs，P.S.Generalized predictive controlJ.Automatica，1987，23（02）：137-160.2Takahashi K，Yamada T.Application of an immune feedbackmechanism to control systemsJ.JSME Int J Series C，1998，41（02）：184-191.3耿林霄，景效國.廣義預測控制在過熱蒸汽溫度控制中的應用J.熱力發(fā)電，2015，44（03）：69-72.4席裕庚，陳虹.預測控制性能研究的新進展J.控制理論與應用，2000，14（04）：470-475.5金元郁，顧興源.改進的廣義預測控制算法J.信息與控制，1990，19（03）：8-14.6金元郁.改進的廣義預測控制的穩(wěn)定性