LabVIEW液壓支架控制系統(tǒng)的使用與各種配置的預(yù)測(cè)模型的比較分析

模型預(yù)測(cè)控制在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。這種方法的優(yōu)點(diǎn)之一是在求解最優(yōu)控制問題時(shí)能夠明確考慮對(duì)輸入和輸出狀態(tài)施加的約束。控制對(duì)象模型用于有限時(shí)間范圍內(nèi)最優(yōu)控制的實(shí)時(shí)計(jì)算。所使用的數(shù)學(xué)設(shè)備允許從具有單輸入和單輸出的簡(jiǎn)單系統(tǒng)切換到具有多輸入和多輸出的多通道系統(tǒng)。

這里以液壓支架為例比較了具有多輸入和單輸出的系統(tǒng)，其中輸入是進(jìn)氣閥開口和泵功率，輸出是油箱中的液位。

MPC解決了最小化成本的目標(biāo)函數(shù)的問題，該函數(shù)表征在指定約束內(nèi)形成控制信號(hào)時(shí)與受控參數(shù)指定值的接近程度。將控制對(duì)象在液壓支架上實(shí)驗(yàn)得到的傳遞函數(shù)作為計(jì)算MPC算法的基礎(chǔ)。

為了比較分析MPC的運(yùn)行情況，使用了液壓支架。展臺(tái)包括：ARIESPLC-160控制器和ArduinoUNOR3，L298N發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，SR-600泵，TFA20-M-C電動(dòng)閥，浮球液位檢測(cè)器，超聲波液位傳感器HC-SR04，流量計(jì)YF-B1。

根據(jù)獲得的SISO和MISO系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，LabVIEW創(chuàng)建了兩個(gè)用于油箱液位穩(wěn)定的MPC控制器。第一個(gè)通過改變SISO系統(tǒng)的閥門開度的MPC控制器。第二個(gè)MPC控制器通過改變MISO系統(tǒng)的閥門開度和泵功率。

MISO系統(tǒng)的MPC控制器的性能指標(biāo)略好于SISO的MPC控制器的性能指標(biāo)。建議在選擇控制系統(tǒng)時(shí)考慮執(zhí)行MPC算法計(jì)算的設(shè)備的計(jì)算能力。與SISO系統(tǒng)相比，獲得MISO系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。如果計(jì)算設(shè)備能夠以所需的頻率提前多步計(jì)算MPC算法，則建議選擇更簡(jiǎn)單的SISO系統(tǒng)。

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