Predikcijsko upravljanje procesima s više ulaza i više izlaza : doktorska disertacija - Bego, Ozren; Perić, Nedjeljko (Zagreb : O. Bego ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2005)
U ovoj se disertaciji obrađuje problematika primjene predikcijskih regulatora na procese s više ulaza i više izlaza (MIMO procesi). Ukratko se opisuje povijesni razvoj predikcijskog upravljanja za procese s jednim ulazom i jednim izlazom (SISO procese). Detaljno je analiziran poopćeni predikcijski regulator, te izveden zakon upravljanja ovog regulatora. Iznesena su pravila za podešavanje parametara poopćenog predikcijskog regulatora, te je predložen način podešavanja težinskog koeficijenta upravljačkog signala.
Opisani su matematički modeli procesa s više ulaza i više izlaza, te iznesena osnovna pravila za uparivanje ulazno-izlaznih veličina. Također je predstavljeno uobičajeno rješenje za rasprezanje regulacijskih petlji pomoću rasprežnih kompenzatora, te su analizirana svojstva sustava upravljanja s primjenom rasprežnih kompenzatora. Detaljno su analizirane različite strukture predikcijskih regulatora MIMO procesa: zavisni i nezavisni višepetljasti poopćeni predikcijski regulator, višepetljasti poopćeni predikcijski regulator i poopćeni predikcijski regulator u prostoru stanja. Razmatrane su mogućnosti primjene pojedinih regulatora kod različitih MIMO procesa.
Posebna pažnja posvećena je razvoju algoritama za rasprezanje regulacijskih petlji kojima se unaprijeđuje osnovni algoritam predikcijskog regulatora. Opisani su postojeći pristupi s korištenjem rasprežnih kompenzatora ili modificirane kriterijske funkcije. Predložen je nov algoritam za rasprezanje zasnovan na adaptaciji težinskog koeficijenta regulacijskog odstupanja kod promjene vrijednosti referentnih veličina. Prednost predloženog algoritma očituje se u njegovoj jednostavnosti, maloj numeričkoj zahtjevnosti i univerzalnosti primjene kod regulatora zasnovanih na minimizaciji kriterijske funkcije.
Razmotrena je upotreba predikcijskih regulatora u realnim industrijskim procesima. Opisana je neophodna nadzorna ljuska regulatora, te postupci idenifikacije parametara procesa s više ulaza i više izlaza kod samoudešavajuće izvedba predikcijskog regulatora.
Konačno, teorijska analiza iz rada je potvrđena i eksperimentalnim istraživanjima na laboratoriskom pogonu autonomnog sinkronog generatora i modelu sustava za upravljanje elektrodama lončaste elektrolučne peći. Provedeni eksperimenti sa samoudešavajućim poopćenim predikcijskim regulatorima potvrđuju razmatranje o primjeni predikcijskih regulatora na MIMO procese, te kvalitet predloženog algoritma za razvezivanje regulacijskih petlji.
Ključne riječi: predikcijsko upravljanje, procesi s više ulaza i više izlaza, MIMO procesi, razvezivanje, adaptivni sustavi, autonomni sinkroni generator, sustav za upravljanje elektrodama, lončasta peć.
The concept of predictive control of multi inputs - multi outputs processes (MIMO processes) is presented in this thesis. The history of development of predictive control for single input - single output (SISO) processes is briefly described. The generalised predictive controller is analysed in detail and its control low is derived. Also, rules for adjusting generalized predictive controllers parameters are presented and a new rule for adjusting control signal weighting coefficient is recommended.
Models of MIMO processes with basic input - output coupling rules are described. Usual solution for decoupling control loops with decoupling compensators is presented and features of this control structure were presented. Different realization of MIMO generalised predictive controller: multiloop, multivariable and state-space predictive controller were investigated. Also, advantages of each type of different MIMO predictive controller are given.
Special attention is dedicated to improve basic predictive control algorithm with algorithm for decoupling control loops. Approaches with decoupling compensator and cost function modification are described. A new type of decoupling algorithm based on adaption of error signal weighing coefficient on reference change is proposed. Advantages of proposed algorithm are: its simplicity, low numerical demand and possibility of its use in controllers based on cost function minimization.
Usage of predictive controller in real industrial processes were analysed. Necessary supervisory shell for application in industrial processes and parameter identification of MIMO process for adaptive predictive controller is described.
Finally, experimental results of predictive control of laboratory model of autonomous synchronous generator and model of ladle furnace electrode system are given. Experiments with adaptive MIMO generalized predictive controller approves theoretical analyse, and also approves quality of proposed decoupling algorithm.
Key words: predictive control, MIMO processes, multivariable systems, decoupling, adaptive control, autonomous synchronous generator, electrode control, ladle furnace.
Bibliografija str. 130-137.