基于Koopman算子的连续搅拌反应釜的模型预测控制
CSTR:
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TP273

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山东省自然科学基金项目(ZR2021MF076, ZR2016FB04);国家自然科学基金项目(201606141);山东省重点研发项目(2018GHY115025);中国博士后基金面上项目(2018M642611).


Model predictive control of continuous stirred tank reactor based on Koopman operator
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    摘要:

    针对连续搅拌反应釜系统的浓度和温度的跟踪控制问题, 提出基于Koopman算子的模型预测控制方法. 基于Koopman算子建立CSTR的有限高维线性模型(24维), 以CSTR的高维线性Koopman模型作为预测模型, 结合预测控制滚动时域多目标优化, 考虑状态约束、控制目标、性能优化等约束条件, 设计连续搅拌反应釜系统的温度和浓度跟踪控制算法. 利用Matlab/Simulink仿真实验验证所提出方法的有效性. 通过与CSTR的局部线性化模型预测控制算法(LMPC)和非线性模型预测控制算法(NMPC)进行仿真对比, 验证所提出方法的优越性. 实验结果表明, 所提出方法无需依赖系统的精确数学模型, 能避免求解非凸优化问题, 而且收敛速度更快, 控制精度更高.

    Abstract:

    This paper presents a model predictive control approach using the Koopman operator for tracking concentration and temperature in continuous stirred tank reactor(CSTR) systems. A 24-dimensional Koopman-based linear model serves as the predictive model. The method combines predictive control with receding horizon multi-objective optimization, considering state constraints and control objectives. Matlab/Simulink simulations validate its effectiveness, and comparisons with local linear model predictive control(LMPC) and nonlinear model predictive control(NMPC) algorithms demonstrate faster convergence and higher control accuracy without requiring precise system models or solving non-convex optimizations.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

辛丽平,牛先铎,单文悦,等.基于Koopman算子的连续搅拌反应釜的模型预测控制[J].控制与决策,2025,40(4):1181-1188

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  • 收稿日期:2024-04-23
  • 最后修改日期:
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  • 在线发布日期: 2025-03-21
  • 出版日期: 2025-04-20
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