Model predictive control toolbox design for nonstationary process

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorMariiash, Yu. I.
dc.contributor.authorStepanets, O. V.
dc.date.accessioned2022-02-22T14:32:56Z
dc.date.available2022-02-22T14:32:56Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractenBackground. Model predictive control (MPC) approach is the basic feedback scheme, combined with high adaptive properties, which determines its successful use in the practice of design and operation of control systems. These advantages allow managing multidimensional objects with a complex structure, including nonlinearity, optimizing processes in real time within the constraints on controlled and managed variables, taking into account uncertainties in the task of objects and perturbations. Objective. The purpose of the paper is to design and analyse control system of carbon monoxide oxidation in the convector cavity based on MPC with linear-quadratic cost functional with constraint. Methods. The design of MPC is based on mathematical model of an object (relatively simple). At the current step, the prediction of object dynamic response on some final period of time (prediction horizon) is carried out; control optimization is performed, the purpose of which is to approximate the control variables of the prediction model to the corresponding setpoint on the predict horizon. The found optimal control is applied and measurement of an actual state of object at the end of a step is carried out. The prediction horizon is shifted one step further, and this algorithm are repeated. Results. The results of modeling the automatic control system show that the MPC approach provides maintenance of carbon dioxide content when changing oxygen consumption and overshoot caused by introduction bulk does not exceed 0.6 % that meets the technological requirements of the process. Conclusions. A fuse of the MPC and the quadratic functional given the constraints on the input signals is proposed. The problems of control degree of carbon oxidation in the convector cavity include non-stationarity, so the use of classical control methods is difficult. The MPC approach minimizes the cost function that characterizes the quality of the process. The predicted behaviour of a dynamic system will usually differ from its actual motion. The obtained quadratic functional is optimized to find the optimal control of degree of CO oxidation to CO2.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Модельно-прогнозирующее управление (МПУ) использует базовую схему обратной связи, объединенную со значительными адаптивными свойствами, что определяет ее успешное использование в проектировании и эксплуатации систем управления. Эти преимущества позволяют управлять многомерными объектами со сложной структурой, которые могут включать нелинейности, оптимизировать целевую функцию в режиме реального времени в рамках ограничений на управляемые и управляющие переменные, учитывать неопределенности в описании объектов и возмущений. Цель исследования. Разработать и проанализировать систему управления окислением монооксида углерода в полости конвектора на базе МПК с линейно-квадратичным функционалом при наличии ограничений. Методика реализации. Разработка МПУ базируется на математической прогнозирующей модели объекта (должна быть относительно простой). На текущем шаге прогнозируют поведение объекта на определенный конечный промежуток времени (горизонт прогнозирования); оптимизируют критерий с целью приближения отклика прогнозирующей модели к соответствующему заданию на горизонте прогнозирования. Далее применяют первое значение найденного управляющего воздействия и измеряют фактическое состояние объекта в конце шага. Горизонт прогнозирования смещают на шаг вперед, и данный алгоритм повторяют. Результаты исследования. Результаты моделирования автоматической системы управления показывают, что МПУ-подход обеспечивает поддержание содержания углекислого газа при изменении потребления кислорода, а также перерегулирование, вызванное введением сыпучих компонентов, не превышающее 0,6 % (это соответствует технологическим требованиям процесса). Выводы. Предложен синтез МПУ с квадратичным функционалом при учете ограничений на входные сигналы. Проблемы контроля степени окисления углерода в полости конвектора включают нестационарность, поэтому использование классических методов управления затруднено. Подход МПУ минимизирует целевую функцию, которая характеризует качество процесса. Прогнозируемое поведение объекта управления обычно будет отличаться от его фактического движения. Оптимальное управление степени сгорания СО до СО2 находится путем оптимизации полученного линейно-квадратичного функционала.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Модельно-прогнозне керування (МПК) використовує базову схему зворотного зв’язку, поєднану зі значними адаптивними властивостями, що визначає її успішне застосування в проєктуванні та експлуатації систем управління. Ці переваги дають змогу керувати багатовимірними об’єктами зі складною структурою, що можуть містити нелінійності, оптимізувати цільову функцію в режимі реального часу в рамках обмежень на керовані та керівні змінні, враховувати невизначеності в описі об’єктів і збурень. Мета дослідження. Розробити та проаналізувати систему керування окисленням монооксиду вуглецю в порожнині конвектора на базі МПК із лінійно-квадратичним функціоналом за наявності обмежень. Методика реалізації. Розробка МПК базується на математичній прогнозній моделі об’єкта (повинна бути відносно простою). На поточному кроці прогнозують поведінку об’єкта на певний кінцевий проміжок часу (горизонт прогнозування); оптимізують критерій задля наближення відповіді прогнозної моделі до відповідного завдання на горизонті прогнозування. Далі застосовують перше значення знайденого керувального впливу та вимірюють фактичний стан об’єкта наприкінці кроку. Горизонт прогнозування зміщують на крок уперед, і цей алгоритм повторюють. Результати дослідження. Результати моделювання автоматичної системи керування показують, що МПК-підхід забезпечує підтримання вмісту вуглекислого газу за зміни споживання кисню, а також перерегулювання, спричинене введенням сипучих компонентів, яке не перевищує 0,6 % (це відповідає технологічним вимогам процесу). Висновки. Запропоновано синтез МПК із квадратичним функціоналом з урахуванням обмежень на вхідні сигнали. Проблеми контролю ступеня окислення вуглецю в порожнині конвектора містять нестаціонарність, тому використання класичних методів управління ускладнене. Підхід МПК мінімізує цільову функцію, що характеризує якість процесу. Прогнозована поведінка об’єкта керування зазвичай відрізнятиметься від його фактичного руху. Оптимальне керування ступенем згоряння СО до СО2 знаходять оптимізацією отриманого лінійно-квадратичного функціонала.uk
dc.format.pagerangeС. 42–49uk
dc.identifier.citationMariiash, Yu. I. Model predictive control toolbox design for nonstationary process / Yu. I. Mariiash, O. V. Stepanets // Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал. – 2021. – № 1(132). – С. 42–49. – Бібліогр.: 16 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/kpisn.2021.1.217992
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/46719
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceНаукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал, 2021, № 1(132)uk
dc.subjectмодельно-прогнозне керуванняuk
dc.subjectлінійно-квадратичний функціоналuk
dc.subjectмодель в просторі станівuk
dc.subjectсистема керуванняuk
dc.subjectmodel predictive controluk
dc.subjectlinear-quadratic cost functionaluk
dc.subjectstate space modeluk
dc.subjectcontrol systemuk
dc.subjectмодельно-прогнозирующее управлениеuk
dc.subjectлинейно-квадратичный функционалuk
dc.subjectмодель в пространстве состоянийuk
dc.subjectсистема управленияuk
dc.subject.udc681.5.013uk
dc.titleModel predictive control toolbox design for nonstationary processuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
NVKPI2021-1_4.pdf
Розмір:
843.63 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 1(132)