一种动态矩阵控制仿真软件的设计与实现
2014-12-13张翼飞曹扬张帅张斌
张翼飞+曹扬+张帅+张斌
摘要：本文主要将动态矩阵控制算法和GUI界面相结合，开发出动态矩阵预测控制软件，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。仿真结果证明，对于单输入输出的对象，基于对象阶跃响应模型的动态矩阵预测控制具有很好的控制效果。
关键词：预测控制 动态矩阵控制 MATLAB 仿真
中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0023-02
DMC算法是一种基于对象阶跃响应的预测控制算法，它适用于渐进稳定的线性对象。利用叠加原理通过滚动优化确定控制量，并利用被控对象的实时测量信息进行误差校正。首先，用MATLAB在单输入单输出系统中编写动态矩阵预测控制算法的程序，验证了算法的正确性；然后，用GUI的开发环境GUIDE实现界面开发；最后，将动态矩阵控制算法和GUI界面相结合，开发出动态矩阵预测控制软件。本文以MATLAB和GUI作为仿真工具，编程实现动态矩阵控制算法和GUI界面，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。
1 状态反馈预测控制
动态矩阵控制是一种用被控对象的阶跃响应特性来描述系统动态模型的预测控制算法。它有算法简单、计算量小，鲁棒性较强等特点，近年来已在冶金、石油、化工等领域的过程控制中得到成功的应用。动态矩阵控制基于系统的阶跃响应，适用于稳定的系统，系统的动态特性中具有纯滞后或非最小相位特性都不影响该算法的直接应用。因为直接以对象的阶跃响应离散系数为模型，避免了通常的传递函数或状态空间模型参数的辨识问题。DMC算法是由预测，控制，校正三部分构成的。
2 状态反馈预测控制仿真软件设计
2.1 动态矩阵控制的参数设计
动态矩阵控制算法中要设计的参数包括：（1）采样周期T；（2）优化时域长度P；（3）控制时域长度M；（4）误差权矩阵Q；（5）控制权矩阵R；（6）误差校正系数h。
由于它们与控制的快速性、稳定性、鲁棒性、抗干扰性等并没有直接的解析关系可作为设计的定量依据。所以，对于一般的被控对象，DMC算法通常用凑试结合仿真的方法，对设计参数进行整定。本文主要以单入单出系统（SISO）为例，进行动态矩阵控制效果的仿真实验。
2.2 SISO系统的动态矩阵控制仿真实现
2.2.1 一阶系统仿真及功能演示
假定一阶对象传递函数为：
可以采用动态矩阵预测控制算法。在仿真软件中进行仿真演示，仿真结果如图1所示。
再该一阶系统中加入干扰，在软件中进行仿真演示，其仿真结果如图2所示。
2.2.2 二阶系统仿真及功能演示
假定二阶系统的模型如下：
可以采用动态矩阵预测控制算法。在仿真软件中进行仿真演示，仿真结果如图3所示。
二阶系统加干扰的仿真结果如图4所示。
3 结语
总之，本文以MATLAB和GUI作为仿真工具，编程实现动态矩阵控制算法和GUI界面，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。仿真结果证明，对于单输入输出的对象，基于对象阶跃响应模型的动态矩阵预测控制具有很好的控制效果。动态矩阵控制仿真软件可以选择不同的控制参数和被控对象，显示控制仿真曲线，充分展示了动态矩阵控制算法的功能和特点。
参考文献
[1]单胜男，王书斌，罗雄麟.基于混沌粒子群优化的约束状态反馈预测控制算法[J].计算机与应用化学，2012，29（1）：65-66.
[2]王宇红，张娜娜.利用Matlab实现对基于Profibus过程实验系统控制[J].自动化仪表，2011，32（10）：34-35.
[3]麻文斗，王诗宓.SISO动态矩阵控制的鲁棒性[J].清华大学学报（自然科学版），2002，42（9）：78-79.
[4]齐维贵，朱学莉，等.动态矩阵控制的模型简化与预报误差校正[J].电子学报，2004，32（7）：89-90.
摘要：本文主要将动态矩阵控制算法和GUI界面相结合，开发出动态矩阵预测控制软件，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。仿真结果证明，对于单输入输出的对象，基于对象阶跃响应模型的动态矩阵预测控制具有很好的控制效果。
关键词：预测控制 动态矩阵控制 MATLAB 仿真
中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0023-02
DMC算法是一种基于对象阶跃响应的预测控制算法，它适用于渐进稳定的线性对象。利用叠加原理通过滚动优化确定控制量，并利用被控对象的实时测量信息进行误差校正。首先，用MATLAB在单输入单输出系统中编写动态矩阵预测控制算法的程序，验证了算法的正确性；然后，用GUI的开发环境GUIDE实现界面开发；最后，将动态矩阵控制算法和GUI界面相结合，开发出动态矩阵预测控制软件。本文以MATLAB和GUI作为仿真工具，编程实现动态矩阵控制算法和GUI界面，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。
1 状态反馈预测控制
动态矩阵控制是一种用被控对象的阶跃响应特性来描述系统动态模型的预测控制算法。它有算法简单、计算量小，鲁棒性较强等特点，近年来已在冶金、石油、化工等领域的过程控制中得到成功的应用。动态矩阵控制基于系统的阶跃响应，适用于稳定的系统，系统的动态特性中具有纯滞后或非最小相位特性都不影响该算法的直接应用。因为直接以对象的阶跃响应离散系数为模型，避免了通常的传递函数或状态空间模型参数的辨识问题。DMC算法是由预测，控制，校正三部分构成的。
2 状态反馈预测控制仿真软件设计
2.1 动态矩阵控制的参数设计
动态矩阵控制算法中要设计的参数包括：（1）采样周期T；（2）优化时域长度P；（3）控制时域长度M；（4）误差权矩阵Q；（5）控制权矩阵R；（6）误差校正系数h。
由于它们与控制的快速性、稳定性、鲁棒性、抗干扰性等并没有直接的解析关系可作为设计的定量依据。所以，对于一般的被控对象，DMC算法通常用凑试结合仿真的方法，对设计参数进行整定。本文主要以单入单出系统（SISO）为例，进行动态矩阵控制效果的仿真实验。
2.2 SISO系统的动态矩阵控制仿真实现
2.2.1 一阶系统仿真及功能演示
假定一阶对象传递函数为：
可以采用动态矩阵预测控制算法。在仿真软件中进行仿真演示，仿真结果如图1所示。
再该一阶系统中加入干扰，在软件中进行仿真演示，其仿真结果如图2所示。
2.2.2 二阶系统仿真及功能演示
假定二阶系统的模型如下：
可以采用动态矩阵预测控制算法。在仿真软件中进行仿真演示，仿真结果如图3所示。
二阶系统加干扰的仿真结果如图4所示。
3 结语
总之，本文以MATLAB和GUI作为仿真工具，编程实现动态矩阵控制算法和GUI界面，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。仿真结果证明，对于单输入输出的对象，基于对象阶跃响应模型的动态矩阵预测控制具有很好的控制效果。动态矩阵控制仿真软件可以选择不同的控制参数和被控对象，显示控制仿真曲线，充分展示了动态矩阵控制算法的功能和特点。
参考文献
[1]单胜男，王书斌，罗雄麟.基于混沌粒子群优化的约束状态反馈预测控制算法[J].计算机与应用化学，2012，29（1）：65-66.
[2]王宇红，张娜娜.利用Matlab实现对基于Profibus过程实验系统控制[J].自动化仪表，2011，32（10）：34-35.
[3]麻文斗，王诗宓.SISO动态矩阵控制的鲁棒性[J].清华大学学报（自然科学版），2002，42（9）：78-79.
[4]齐维贵，朱学莉，等.动态矩阵控制的模型简化与预报误差校正[J].电子学报，2004，32（7）：89-90.
摘要：本文主要将动态矩阵控制算法和GUI界面相结合，开发出动态矩阵预测控制软件，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。仿真结果证明，对于单输入输出的对象，基于对象阶跃响应模型的动态矩阵预测控制具有很好的控制效果。
关键词：预测控制 动态矩阵控制 MATLAB 仿真
中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0023-02
DMC算法是一种基于对象阶跃响应的预测控制算法，它适用于渐进稳定的线性对象。利用叠加原理通过滚动优化确定控制量，并利用被控对象的实时测量信息进行误差校正。首先，用MATLAB在单输入单输出系统中编写动态矩阵预测控制算法的程序，验证了算法的正确性；然后，用GUI的开发环境GUIDE实现界面开发；最后，将动态矩阵控制算法和GUI界面相结合，开发出动态矩阵预测控制软件。本文以MATLAB和GUI作为仿真工具，编程实现动态矩阵控制算法和GUI界面，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。
1 状态反馈预测控制
动态矩阵控制是一种用被控对象的阶跃响应特性来描述系统动态模型的预测控制算法。它有算法简单、计算量小，鲁棒性较强等特点，近年来已在冶金、石油、化工等领域的过程控制中得到成功的应用。动态矩阵控制基于系统的阶跃响应，适用于稳定的系统，系统的动态特性中具有纯滞后或非最小相位特性都不影响该算法的直接应用。因为直接以对象的阶跃响应离散系数为模型，避免了通常的传递函数或状态空间模型参数的辨识问题。DMC算法是由预测，控制，校正三部分构成的。
2 状态反馈预测控制仿真软件设计
2.1 动态矩阵控制的参数设计
动态矩阵控制算法中要设计的参数包括：（1）采样周期T；（2）优化时域长度P；（3）控制时域长度M；（4）误差权矩阵Q；（5）控制权矩阵R；（6）误差校正系数h。
由于它们与控制的快速性、稳定性、鲁棒性、抗干扰性等并没有直接的解析关系可作为设计的定量依据。所以，对于一般的被控对象，DMC算法通常用凑试结合仿真的方法，对设计参数进行整定。本文主要以单入单出系统（SISO）为例，进行动态矩阵控制效果的仿真实验。
2.2 SISO系统的动态矩阵控制仿真实现
2.2.1 一阶系统仿真及功能演示
假定一阶对象传递函数为：
可以采用动态矩阵预测控制算法。在仿真软件中进行仿真演示，仿真结果如图1所示。
再该一阶系统中加入干扰，在软件中进行仿真演示，其仿真结果如图2所示。
2.2.2 二阶系统仿真及功能演示
假定二阶系统的模型如下：
可以采用动态矩阵预测控制算法。在仿真软件中进行仿真演示，仿真结果如图3所示。
二阶系统加干扰的仿真结果如图4所示。
3 结语
总之，本文以MATLAB和GUI作为仿真工具，编程实现动态矩阵控制算法和GUI界面，实现动态矩阵控制算法的控制仿真。仿真结果证明，对于单输入输出的对象，基于对象阶跃响应模型的动态矩阵预测控制具有很好的控制效果。动态矩阵控制仿真软件可以选择不同的控制参数和被控对象，显示控制仿真曲线，充分展示了动态矩阵控制算法的功能和特点。
参考文献
[1]单胜男，王书斌，罗雄麟.基于混沌粒子群优化的约束状态反馈预测控制算法[J].计算机与应用化学，2012，29（1）：65-66.
[2]王宇红，张娜娜.利用Matlab实现对基于Profibus过程实验系统控制[J].自动化仪表，2011，32（10）：34-35.
[3]麻文斗，王诗宓.SISO动态矩阵控制的鲁棒性[J].清华大学学报（自然科学版），2002，42（9）：78-79.
[4]齐维贵，朱学莉，等.动态矩阵控制的模型简化与预报误差校正[J].电子学报，2004，32（7）：89-90.
