輝煌測控

測控計(jì)劃通常有測控站(或測量船)測控計(jì)劃和指揮控制中心(以下簡稱中心)測控計(jì)劃，均由中心生成。

中心提前將測控站(或測量船)計(jì)劃發(fā)送至測控站(或測量船)，情況變化時中心可撤消原計(jì)劃，發(fā)送新計(jì)劃。一般情況下，中心按透明工作方式發(fā)令；應(yīng)急情況下，經(jīng)中心授權(quán)由測控站(或測量船)按測控計(jì)劃要求向飛行器發(fā)令。中心測控計(jì)劃保留在中心，中心按此計(jì)劃進(jìn)行測控工作。

測控站(或測量船)計(jì)劃一般包括計(jì)劃序號、計(jì)劃形成時間、任務(wù)代號、參試工作單位、參試設(shè)備代號、任務(wù)準(zhǔn)備開始和結(jié)束時間、跟蹤開始和結(jié)束時間、發(fā)送遙控指令(或指令鏈、注入數(shù)據(jù))時間等項(xiàng)目。中心測控計(jì)劃包括計(jì)劃序號、生成時間、任務(wù)代號、計(jì)劃開始和結(jié)束時刻、測控事件開始和結(jié)束時刻等項(xiàng)目 。

連續(xù)預(yù)測控制預(yù)測控制算法框圖

雖然預(yù)測控制有許多算法，一般的意義上說，它們的原理都是一樣的，算法框圖如圖1所示：

連續(xù)預(yù)測控制預(yù)測控制三個基本原則

(1)預(yù)測模型

預(yù)測控制是一種基于模型的控制算法，該模型被稱為預(yù)測模型。對于預(yù)測控制而言，只注重模型功能，而不是模型的形式。預(yù)測模型是基于對象的歷史信息和輸入，預(yù)測其未來的輸出。從方法論的角度來看，只要信息的收集具有預(yù)測功能，無論什么樣的表現(xiàn)，可以作為預(yù)測模型。這樣的狀態(tài)方程、模型傳遞函數(shù)都可以用來作為一個傳統(tǒng)的預(yù)測模型。例如線性穩(wěn)定對象，甚至階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)的非參數(shù)模型，，都可直接作為預(yù)測模型。此外，非線性系統(tǒng)，分布式參數(shù)系統(tǒng)模型，只要具備上述功能也可以在這樣的預(yù)測控制系統(tǒng)中時用來作為預(yù)測模型。因此，預(yù)測控制打破了嚴(yán)格的控制模型結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)要求，可按照功能要求根據(jù)最方便的信息集中方式基礎(chǔ)建模。在這種方式中，可以使用預(yù)測模型為預(yù)測控制進(jìn)行優(yōu)化，.以提供的先驗(yàn)知識來確定什么樣的控制輸入，從而使下一次受控對象的輸出變化與預(yù)定的目標(biāo)行一致。

(2)滾動優(yōu)化

預(yù)測控制是一種基于優(yōu)化的控制，但其控制的輸入不是根據(jù)模型和性能指標(biāo)一次解決并實(shí)現(xiàn)它，而是在實(shí)時的時間里來滾動優(yōu)化解決。在每一步的控制中，定義從目前到未來有限時域的最優(yōu)化問題，通過參數(shù)優(yōu)化求解時域的最優(yōu)控制輸入，但是只有真正的即時輸入控制才給予實(shí)現(xiàn)。到下一個控制周期，重復(fù)上述步驟，整個優(yōu)化領(lǐng)域向前一步滾動。在每個采樣時刻，優(yōu)化性能指標(biāo)只涉及從現(xiàn)在到未來有限的時間，并且下一個采樣時刻，優(yōu)化時段向前推移。因此，預(yù)測控制全局優(yōu)化指標(biāo)是不一樣的，在每一個時刻有一個相對該時刻的優(yōu)化指標(biāo)。因此，預(yù)測控制的優(yōu)化不是一次離線進(jìn)行，而是在線反復(fù)進(jìn)行，這是滾動優(yōu)化的意義，預(yù)測控制的這一點(diǎn)也是不同于傳統(tǒng)最優(yōu)控制的根本。

(3)反饋校正

基礎(chǔ)的預(yù)測模型中，對象的動態(tài)特性只有粗略的描述，由于實(shí)際系統(tǒng)中有非線性、時變、模型不匹配、干擾等因素，基于相同模型的預(yù)測，與實(shí)際情況是無法完全匹配的，這需要用其他手段補(bǔ)充預(yù)測模型和實(shí)際對象的誤差，或?qū)A(chǔ)模型進(jìn)行校正。滾動優(yōu)化只有建立在反饋校正的基礎(chǔ)上，才能體現(xiàn)其優(yōu)越性。因此，通過預(yù)測控制算法的優(yōu)化，確定一系列未來的控制作用，為了防止模型失配或環(huán)境干擾引起的控制措施對理想狀態(tài)造成的影響，這些控制沒有完全逐一實(shí)現(xiàn)，只實(shí)現(xiàn)即時控制作用。到下一個采樣時間，首先監(jiān)測對象的實(shí)際輸出，并使用此信息在預(yù)測模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時校正，然后進(jìn)行新的優(yōu)化。因此，預(yù)測控制優(yōu)化不僅基于模型，并使用了反饋信息，從而構(gòu)成一個閉環(huán)優(yōu)化。

連續(xù)預(yù)測控制預(yù)測控制基本特征

(1)預(yù)測控制算法利用過去，現(xiàn)在和未來(預(yù)測模型)的信息，而傳統(tǒng)的算法，如PID等，只取過去和現(xiàn)在的信息;

(2)對模型要求低，現(xiàn)代控制理論難以大規(guī)模應(yīng)用于過程工業(yè)，重要原因之一就是對模型精度過于苛刻，預(yù)測控制成功地克服這一點(diǎn);

(3)模型預(yù)測控制算法具有全局滾動優(yōu)化，每個控制周期持續(xù)的優(yōu)化計(jì)算，不僅在時間上滿足實(shí)時性要求，還通過全局優(yōu)化打破傳統(tǒng)局限，組合了穩(wěn)定優(yōu)化和動態(tài)優(yōu)化;

(4)用多變量控制思想來取代單一的可變控制傳統(tǒng)手段。因此，在應(yīng)用到多變量的問題時，預(yù)測控制通常被稱為多變量預(yù)測控制;

(5)最重要的是能有效地處理約束。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中，通常將制造過程工藝設(shè)備的狀態(tài)設(shè)置為在邊界條件(安全邊界，設(shè)備功能邊界，工藝條件邊界等)上操作，該操作狀態(tài)下，操作變量往往產(chǎn)生飽和以及被控變量超出約束的問題。所以可以處理多個目標(biāo)，有約束控制能力成為一個控制系統(tǒng)長期、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。

連續(xù)預(yù)測控制預(yù)測控制種類

1978年，Richalet等首先闡述了預(yù)測控制的思想，預(yù)測控制是以模型為基礎(chǔ)，采用二次在線滾動優(yōu)化性能指標(biāo)和反饋校正的策略，來克服受控對象建模誤差和結(jié)構(gòu)、參數(shù)與環(huán)境等不確定因素的影響，有效的彌補(bǔ)了現(xiàn)代控制理論對復(fù)雜受控對象所無法避免的不足之處。

預(yù)測控制自發(fā)展以來，算法種類非常繁多，但按其基本結(jié)構(gòu)形式，大致可以分為三類：

(I)由Cutler等人提出的以非參數(shù)模型為預(yù)測模型的動態(tài)矩陣控制(Dynamic Matrix Control, DMC), Rauhani等人提出的模型算法控制(Model Algorithmic Control,MAC).這類非參數(shù)模型建模方便，只需通過受控對象的脈沖響應(yīng)或階躍響應(yīng)測試即可得到，無須考慮模型的結(jié)構(gòu)與階次，系統(tǒng)的純滯后必然包括在響應(yīng)值中。其局限性在于開環(huán)自穩(wěn)定對象，當(dāng)模型參數(shù)增多時，控制算法計(jì)算量大。

(2)與經(jīng)典的自適應(yīng)控制相結(jié)合的一類長程預(yù)測控制算法(Generalized Predictive Control, GPC).這一類基于辨識模型并且有自校正的預(yù)測控制算法，以長時段多步優(yōu)化取代了經(jīng)典的最小方差控制中的一步預(yù)測優(yōu)化，從而適用于時滯和非最小相位對象，并改善了控制性能，具有良好的魯棒性。

(3)基于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的另一類預(yù)測控制算法:包括由Garcia提出的內(nèi)?？刂?Internal Model Control, IMC), Brosilow等人提出的推理控(Inference Control)等。這類算法是從結(jié)構(gòu)上研究預(yù)測控制的一個獨(dú)特分支。

以上述典型預(yù)測控制為基礎(chǔ)結(jié)合近幾年發(fā)展起來的各種先進(jìn)控制策略，形成了一些先進(jìn)的預(yù)測控制算法，包括極點(diǎn)配置預(yù)測控制、解禍預(yù)測控制、前饋補(bǔ)償預(yù)測控制、自適應(yīng)預(yù)測控制，魯棒預(yù)測控制等。本文重點(diǎn)研究自適應(yīng)預(yù)測控制，即基于自適應(yīng)雙重控制的預(yù)測控制算法。

另外，諸如模糊預(yù)測控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測控制等智能預(yù)測控制算法的發(fā)展為解決復(fù)雜受控系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的支持。

許多新型的預(yù)測控制層出不窮，如預(yù)測函數(shù)控制、多速率采樣預(yù)測控制、多模型切換預(yù)測控制，有約束預(yù)測控制等。預(yù)測控制的算法種類越來越多，預(yù)測控制的性能在不斷改善，使其更好的應(yīng)用在工業(yè)實(shí)際中。

測控計(jì)劃（tracking, telemetry and command plan）是指按時間排列的測控事件的序列。所謂測控事件，是指諸如測量和確定飛行器軌道，飛行器遙測監(jiān)視、確定飛行器姿態(tài)、向飛行器發(fā)送遙控指令和注入數(shù)據(jù)、飛行器軌道控制策略生成等。地面測控系統(tǒng)按測控計(jì)劃實(shí)現(xiàn)對飛行器的跟蹤測軌、遙測和遙控 。