Обзор

Много нефтехимических процессов включают максимальную мощность, чтобы изолировать нисходящие операции от нарушений в восходящих потоках. Этот пример считает жидкий бак скачка предоставленным двумя насосами.

Эта система также имеет плавно регулируемый клапан, который регулирует выброс бака, чтобы вместить нисходящий процесс.

mdl = 'ReservoirMPC';
open_system(mdl)

Цель управления состоит в том, чтобы использовать два насоса (переменные, которыми управляют), чтобы обеспечить объем бака в его заданном значении, когда выпускной клапан вводит воздействие баку скачка (измеренное воздействие).

Когда нисходящий спрос будет постоянным, накачайте 1 средства управления уровень бака скачка, идеально сохранив его около 50%. Когда воздействие происходит, оба насоса могут начать бой, чтобы обеспечить объем бака между 25% и 75% в течение переходного времени. Когда нисходящий спрос высок, однако, Насос 2 должен включить.

Таким образом, контроллер MPC управляет двумя насосами, таким образом что:

Создайте линейный объект из нелинейной модели бака скачка

В модели Simulink модель бака скачка находится в подсистеме Резервуара. Это реализует следующие уравнения.

Объект начинает запускаться в его номинальной установившейся рабочей точке: накачайте 1, достигает 70 L/min, накачайте 2, выключено, выпускной клапан в 35%, и объем бака в 50%. Создайте линейную модель бака в этой рабочей точке. Эта модель имеет три входных параметров: переменные Q1, которыми управляют, и Q2, и измеренный disturbance|X |.

plant = ss(-0.7,[1 1 -2],1,[0 0 0]);
plant = setmpcsignals(plant,'MV',[1 2],'MD',3);

Спроектируйте контроллер MPC с непрерывными и дискретными действиями управления

Создайте линейный контроллер MPC с шагом расчета одного второго, предсказания по умолчанию и управляйте горизонтами и весами функции стоимости по умолчанию.

Ts = 1;
MPCobj = mpc(plant,Ts);

-->The "PredictionHorizon" property of "mpc" object is empty. Trying PredictionHorizon = 10.
-->The "ControlHorizon" property of the "mpc" object is empty. Assuming 2.
-->The "Weights.ManipulatedVariables" property of "mpc" object is empty. Assuming default 0.00000.
-->The "Weights.ManipulatedVariablesRate" property of "mpc" object is empty. Assuming default 0.10000.
-->The "Weights.OutputVariables" property of "mpc" object is empty. Assuming default 1.00000.

Установите номинальные значения для контроллера, чтобы совпадать с установившейся рабочей точкой.

MPCobj.Model.Nominal.U = [70; 0; 35];
MPCobj.Model.Nominal.Y = 50;
MPCobj.Model.Nominal.X = 50;
MPCobj.Model.Nominal.DX = 0;

Выберите MVRate взвешивает таким образом, что контроллер настраивает насос 1 в предпочтении к насосу 2. Таким образом, диспетчер штрафует насос 2 корректировки меньше, чем насос 1 корректировка.

MPCobj.Weights.MVrate = [0.1 0.2];

Задайте границы безопасности на непрерывных сигналах ввода и вывода.

MPCobj.OV.Min = 0;
MPCobj.OV.Max = 100;
MPCobj.MV(1).Min = 0;
MPCobj.MV(1).Max = 100;
MPCobj.MV(1).RateMin = -50;
MPCobj.MV(1).RateMax = 50;

Поскольку насос 2 имеет две дискретных настройки (0 и 100 L/min), задайте дискретный набор в Type свойство этого контроллера. В зависимости от вашего приложения, Type свойством может также быть binary или integer.

MPCobj.MV(2).Type = [0 100];

Симулируйте ответ с обратной связью с воздействием выброса

Симуляция начинается при номинальном условии. В t = 5, подъемы уровня выброса, пока насос 1 не на его полную мощность и насос 2, должны включить. Накачайте 2, включает в t = 12. Накачайте 1, должен затем уменьшиться максимально быстро, чтобы сохранить уровень в границах, затем установить новую установившуюся рабочую точку. В t = 60, выброс начинает сползать вниз к номинальному состоянию. Контроллер MPC сохраняет объем в идеальной области значений, и насос 2 не показывает быстрое циклическое повторение.

sim(mdl)
open_system([mdl '/Volume'])

-->Converting model to discrete time.
-->Assuming output disturbance added to measured output channel #1 is integrated white noise.
-->The "Model.Noise" property of the "mpc" object is empty. Assuming white noise on each measured output channel.

ans = 

  Simulink.SimulationOutput:
                   tout: [106x1 double] 

     SimulationMetadata: [1x1 Simulink.SimulationMetadata] 
           ErrorMessage: [0x0 char] 

Следующий рисунок показывает скорости потока жидкости от двух насосов.

open_system([mdl '/Pumps'])

As expected, the MPC controller turns pump 2 on and off.

bdclose(mdl) % close simulink model.