hierarchical mpc
DESCRIPTION
Hierarchical MPC. سمينار درس کنترل پيش بين. استاد دکتر توحيد خواه. ارائه دهنده محسن برومند. آذر 1389. انگيزه ها. بسياري از واحدهاي صنعتي از زيرمجموعه هاي مختلفي تشکيل شده اند که ضمن اثر متقابل توسط يک شبکه به يکديگر وصل شده اند. چگالي يکي از معيارهاي بررسي اين سيستم هاست. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Hierarchical MPC
ارائه دهنده
محسن برومند
استاددکتر توحيد خواه
سمينار درس کنترل پيش بين
1389آذر
بسياري از واحدهاي صنعتي از •زيرمجموعه هاي مختلفي تشکيل شده
اند که ضمن اثر متقابل توسط يک شبکه به يکديگر وصل شده اند.
چگالي يکي از معيارهاي بررسي اين سيستم هاست.•
شبکه هايي که زير مجموعه هاي آنها •زيادند، پيچيده هستند و اثر زير مجموعه
ها بر يکديگر به سرعت در طول شبکه پخش مي شود.
در قسمت هايي که پراکندگي زير •مجموعه ها کم است، اثرات زير
مجموعه ها به کندي و در طول يک بازه زماني بزرگتر پخش مي شود.
انگيزه ها
زير مجموعه ها در کنار هم تشکيل يک •همسايگي مي دهند که آنها را واحد فرايند مي
گويند. هر کدام از اين واحدها مواد ورودي واحد بعدي را تامين مي کنند.
عملکرد اين صنايع با استفاده از يک فرايند کنترلي •سلسله مراتبي بسيار بهبود مي يابد.
هر واحد فرايندي يک کنترلر دارد که از طريق يک •واحد کنترلي مرکزي با ساير واحدهاي مجاور
هماهنگ مي شوند.
براي اين سيستم هاي پيچيده به علت مشکالت •پايداري استفاده از يک سيستم کنترل مرکزي
مشکل است.
انگيزه ها - ادامه
Hierarchical control
فرکانس پايين• مرتبه اي از پايداري را تضمين مي کند• سيگنال مرجع براي اليه هاي پايين تر را •
محاسبه مي کنند
فرکانس باال• مسير مرجع اعمالي از اليه باال را پيروي مي •
کند
کنترلر اليه باالتر
کنترلرهاي اليه پايين تر
دسته بندي سيستم هاي
کنترلي پيچيده
Decentralized control
Distributed control
Hierarchical controlHierarchical control for coordination
Hierarchical control of multilayer systemsHierarchical control of
multi time scale systems
Control of systems with hierarchical structure
Hierarchical control for plantwide optimization
Decentralized control
پايداري اين سيستم MPCتوسط يک الگوريتم
که حاکم بر کل سيستم است حاصل مي شود
هر زير مجموعه اي بر اساس اطالعات محلي خود قانون کنترلي خود را محاسبه مي
کند
رگيوالتورها بدون تداخل هستند
در اين حالت امکان ارتباط بين زير مجموعه ها وجود دارد
مي توان تابع هاي هزينه محلي يا کلي را مينيمم کرد.
مي توان ارتباط هاي مختلف بين زير مجموعه ها تعريف کرد
ها از regulatorهماهنگي مشکالت اين روش است
Distributed control
Distributed control
با حل يک MPCبراي هر زير مجموعه اي مسئله بهينه سازي توسط تابع هزينه تحت شرايط آن زير مجموعه انجام مي شود.
اگر حل مسئله فوق قيودي که بين زير مجموعه ها هستند را برآورد سازد، صحيح است
Hierarchical control for coordination
مرحله 2يک سيستم اي
در اين حالت هماهنگ کننده عملکرد زير مجموعه ها را
هماهنگ مي کند.
MPCاين هماهنگي توسط انجام مي شود.
استفاده مي شود.price coordinationدر غير اين صورت از روش تکرار شونده
هماهنگ کننده براي هر زير مجموعه يک نرخ تعريف مي کند که مطابق با ضرايب الگرانژ در مسئله
بهينه سازي کلي سيستم است. اين نرخ ها به عنوان ورودي در طول افق پيش بيني
به مسئله بهينه سازي مرتبه پايين تر منتقل مي شود
iteration.انجام مي شود
بايد همگرايي گارانتي شود
iteration با برآورده شدن قيود پايان مي يابد
Hierarchical control for coordination
Hierarchical control for coordination - continue
hierarchical multilayer systems
در اين سيستم ها بسيار مناسب است. اليه MPCاستفاده از MPCهاي پايين تر با
کنترل مي شوند.
از آنجايي که رفتار ديناميکي اليه ها هم متفاوت است, بين اليه اختالف پيش مي آيد که به يک سيستم کنترلي بسيار قوي و
پايدار نياز است.
زماني که اليه هاي کنترلي رفتارهاي ديناميکي متفاوت دارند و يا زماني که الگوريتم هاي کنترلي با الگوريتم بهينه سازي با
نرخ متفاوت عمل مي کنند
Hierarchical control of multi time scale systems
بسياري از سيستم ها به دو بخش سريع و کند تقسيم مي شوند.
دو مقياس زماني متفاوت در نظر گرفته مي شود.
J.H. Lee, M.S. Gelormino, M. Morari, Model predictive control of multirate sampled-data systems: a state-space approach, International Journal of Control 55 (1992) 153–191.
singularly perturbed systemsاين سيستم ها اغلب بعنوان شناخته مي شوند.
کاملي براي اين سيستم ها وجود ندارد.MPC هنوز حل
Hierarchical control of multi time scale systems
Control of systems with hierarchical structure
اليه هاي باالتر ديناميک کندتري دارند
متغيير کنترل ورودي در اليه هاي باالتر محاسبه مي شود و به عنوان سيگنال مرجع به اليه هاي پايين تر ارسال مي
اليه هاي پايين تر با ديناميک سريع شود. تري کنترل مي شوند.
حصول اطمينان از قابل انجام بودن مرجع محاسبه شده در اليه باالتر براي اليه پايين تر
ضرورت تبادل اطالعات بين اليه ها
در نظر گرفتن اغتشاشات
Control of systems with hierarchical structure
بين آنچه مورد نياز اليه هاي باالتر است mismatchوجود و آنچه که اليه هاي پايين تر فراهم مي کنند نبايد
پايداري سيستم را از بين ببرد.
اليه هاي پايين بايد وجود يک حل براي مسئله کنترلي را ضمانت نمايند
پايداري
Hierarchical control for plantwide optimization
در اليه باال فرايند بهينه سازي براي محاسبه شرايط بهينه عملکردي براساس يک مدل
غيرخطي دقيق از سيستم انجام مي شود
MPCدر اليه پايين تر با کمک براساس ديناميک ساده شده سيستم يک رگالتور طراحي
مي شود تا اهداف اليه باالتر حاصل شود.
ارتباط بين دو مدل استفاده شده در دو اليه بايد تضمين
استفاده MPCشود تا بتوان از کرد.
مدل سيستم بايد بعد از هر زماني به روز شود تا تغييرات
شرايط عملکردي ناشي از اغتشاشات اعمال شود.
بايد RTOفرايند بهينه سازي بگونه اي باشد که نتايج آن
قابل انجام باشد. MPCبراي
در طراحي دقت شود که
الگوريتم هاي جديد و تاييد شده
انتخاب ساختار کنترلي
قابليت تغيير پذيري سيستم (Reconfigurable)
بهينه سازي
هماهنگ سازي
تقسيم بندي مناسب سيستم
مشکالت پيش رو در طراحي
URL : http://www.ict-hd-mpc.eu/
HD-MPC develops new and efficient methods for distributed and hierarchical control of large-scale, complex, networked systems with many embedded sensors and actuators, and characterised by complex dynamics and mutual influences.
Duration: 3 years (Sept. 1, 2008 – Sept. 1, 2011)
Delft University of Technology (TUD) – CoordinatorElectricit ´e de France SA (EDF)Katholieke Universiteit Leuven (KUL)Politecnico di Milano (POLIMI)Rheinisch-Westf ¨alische Techn. Hochschule Aachen (RWTH)
Universidad de Sevilla (USE)Universidad Nacional de Colombia (UNC)E´ cole Supe´ rieure d’E´ lectricite´ (SUPELEC)INOCSA Ingenier´ıa, S.L. (INOCSA)University of Wisconsin-Madison (UWM)
Hierarchical and distributed model predictive control of large-scale systems (HD-MPC)
Hierarchical and distributed MPC project
مراجع
Riccardo Scattolini. Architectures for distributed and hierarchical modelpredictive control - a review. J. Proc. Cont., 19(5):723–731, May 2009.
Georgios Chaloulos, Peter Hokayem and John Lygeros . Distributed Hierarchical MPC for Conflict Resolution in Air Traffic Control 2010 American Control Conference 2010
Let us first understand the facts, and then we may seek the causes
ARISTOTLE :
Thank you