基于Matlab的模型预测控制仿真与性能分析

陈洪科

(厦门大学嘉庚学院 信息科学与技术学院，福建 漳州 363105)

0 引言

自上世纪七十年代被提出以来，预测控制算法因其优良特性在复杂工业过程控制中得到广泛应用。经过40年来的发展与应用，该类算法已经从线性、时不变、单变量系统的预测控制发展为非线性、时变、多变量系统的预测控制，极大地拓展了应用领域。近年来，预测控制的思想和方法在电力电子、航空航天、能源、采矿、农业等诸多领域得到应用，表现出强劲的生命力。

在电力电子领域，电力电子变流器具有非线性、变结构的特点，传统控制器难以获得理想的性能[1]，连续控制集模型预测控制和有限控制集模型预测控制算法被用于此类系统控制，发展前景广阔。而针对互联电力系统的分布式控制，分布式模型预测控制（Di-MPC）采用本地局部优化控制和全局协同控制相结合的策略，局部控制故障不会影响全局系统运行[2]，应用优势明显。在船舶航运领域，针对船舶运动过程中的大惯性、长时滞、非线性等特点，预测控制算法能够运用在动力定位系统控制、减摇水舱控制和航向航迹控制等方面[3]。在农业领域，模型预测控制算法（MPC）可应用于农机协同控制。针对协同作业跟随农机行驶工况不稳、跟随协同响应慢、控制困难等问题，采用两层控制架构，上层基于模型预测控制算法获得控制加速度的最优控制目标，下层则基于前馈与PI反馈实施控制，跟随效果良好[4]。在新能源领域，MPC算法被用于波浪能转换装置控制以提高海洋表面波浪运动能量的提取效率。……