一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法与流程

技术特征：
1.一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：s1：利用火箭整流罩内环境快速恢复过程机理知识和历史数据，建立有/无送风情况下整流罩内环境温湿度机理模型；s2：利用无送风情况下整流罩内环境温湿度机理模型，估计整流罩内环境快速恢复过程开始时刻，t＝kt，整流罩内初始状态温湿度值s3：针对送风温湿度的可控两输入，以及内环境温湿度的两输出，整流罩内环境快速恢复系统，获得各个输入与输出之间的单位阶跃响应向量：a
ij
，i＝1,2，j＝1,2；s4：利用单位阶跃响应构造整流罩内环境快速恢复系统控制器的预测模型：s5：针对规律已知但是不可控输入量，包括外界环境温度，获得其与内环境温湿度的两输出之间的单位阶跃响应向量b
i
，i＝1,2；s6：采用前馈方式预先对规律已知但不可控的输入量v加以补偿，将其对输出的影响从输出期望中扣除，从而构成新的输出期望值：w
p
(k)＝w'
p
(k)
‑
bδv
p
(k)；s7：设计针对模型预测控制算法的优化性能指标j(k)；s8：设计针对模型预测控制算法的约束条件；s9：求解由优化性能指标和约束条件构成的约束优化问题，得到满足约束且使性能指标最优的全部控制增量δu
m
(k)；s10：给出在t＝kt时刻的即时控制增量δu(k)，并得到在t＝kt时刻需要实施的即时控制量：u(k)＝u(k
‑
1) δu(k)；s11：实施即时控制量u(k)，并利用有送风情况下整流罩内温湿度机理模型估计实际输出值y
i
(k 1)，i＝1,2，并与预测模型计算得到的两个输出量在k 1时刻的预测值进行比较，构成预测误差：s12：利用预测误差采用加权方法预测未来的输出误差，并以此补偿预测模型的输出，获得校正后的预测向量s13：通过移位校正后的预测向量形成k 1时刻的初始预测值2.根据权利要求1所述的一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，其特征在于：所述s4中，预测模型的公式为：其中，表示在t＝kt时刻未来p个时刻出现m个控制增量δu(k),
…
,δu(k m
‑
1)时系统的预测输出，时系统的预测输出，表示在t＝kt时刻未来p个时刻无控制增量时的系统的预测输出，δu
m
(k)表示在t＝kt
时刻起m个时刻的控制增量，δu
m
(k)＝[δu
1,m
(k),δu
2,m
(k)]
t
，δu
1,m
(k)＝[δu1(k),
…
,δu1(k m
‑
1)]
t
；a是由系统的单位阶跃响应系数a
ij
组成的2p
×
2m矩阵，称为动态矩阵，p和m分别称为优化时域和控制时域。3.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，其特征在于：所述s6中，新的输出期望值的计算公式为：w
p
(k)＝w'
p
(k)
‑
bδv
p
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，w
p
(k)表示系统在未来p个时刻的输出期望值，w
p
(k)＝[w
p,1
(k),w
p,2
(k)]
t
，w
p,i
(k)＝[w
p,i
(k 1),
…
,w
p,i
(k p)]
t
，i＝1,2；δv
p
(k)表示在t＝kt时刻起p个时刻的不可控输入v的增量，δv
p
(k)＝[δv(k),
…
,δv(k p
‑
1)]
t
；b是由系统的单位阶跃响应系数b
i
组成的2p
×
p矩阵，利用网络爬虫技术，自动从气象网站获取气象预报信息，或建立火箭整流罩外环境预测模型，实现对不可控整流罩外环境参数v的提前预知。4.根据权利要求3所述的一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，其特征在于：所述s7中，优化性能指标公式为：整流罩内环境快速恢复系统是一个两输入两输出的多变量系统，要求每一输出y
i
在未来p个时刻紧密跟踪相应的期望值w
i
，并对m个控制增量的大小均加以软约束；对角阵q、r分别称为误差权矩阵和控制权矩阵，由权系数组成的，q＝diag(q1,q2)，q
i
＝diag[q
i
(1),
…
,q
i
(p)]，i＝1,2，r＝diag(r1,r2)，r
j
＝diag[r
j
(1),
…
,r
j
(m)]，j＝1,2，误差权矩阵q的分块q1,q2对应着不同的输出，而q
i
中的元素对应于y
i
在不同时刻的跟踪误差；控制权矩阵r的分块r1,r2对应着不同的控制输入，而r
j
中的元素则对应于对u
j
在不同时刻增量的抑制。5.根据权利要求4所述的一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，其特征在于：所述s8中，具体约束条件如下：
①
考虑到执行机构的物理限制，即空调系统送风能力以及平衡调节的需要，对系统控制量进行限幅约束和增量约束，即控制量增量限幅约束和控制量限幅约束；控制量增量包括送风温湿度变化量，控制量包括送风温湿度；
②
为满足有效载荷要求的温湿度安全范围，对系统输出进行限幅约束，即输出量限幅约束；输出量包括整流罩内环境温湿度；
③
为防止整流罩内结露现象产生，约束整流罩内环境温度大于整流罩度内环境湿空气露点温度和整流罩内环境温度大于送风的湿空气露点温度。6.根据权利要求5所述的一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，
其特征在于：所述s12中，校正后的预测向量计算公式为：其中，表示在t＝(k 1)t时刻经过误差校正后所预测的系统在t＝(k i)t(i＝1,2,
…
,p)时刻的输出，,p)时刻的输出，h为误差校正矩阵，由一系列误差校正h
st
构成的，s,t＝1,2；为简化，只保留h中主对角块，即只用y
i
自身的误差通过加权修正其预测输出值。7.根据权利要求6所述的一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，其特征在于：所述s13中，移位计算公式为：其中，s0为移位矩阵，8.根据权利要求7所述的一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，其特征在于：温度控制回路的采样周期t选择为1min，湿度控制回路的采样周期t选择为1min；两个控制器的优化时域p都选为40；两个控制器的控制时域m均取4；对于误差权矩阵q，温度控制回路取单位阵i，湿度控制回路取1000*i；对于控制权矩阵r，温度控制回路取10*i，湿度控制回路取10000*i；所有校正参数h
st
＝0.9。

技术总结
本发明涉及一种基于模型预测控制的火箭整流罩内环境快速恢复方法，属于温湿度预测技术领域。首先，建立了有/无送风情况下整流罩内温湿度机理模型对罩内温湿度进行预测，以获得整流罩内环境快速恢复过程中整流罩内环境温湿度及时反馈信息和开始时刻整流罩内环境初始状态温湿度参数值；然后，为实现整流罩内环境快速、安全恢复，设计了多变量动态矩阵控制器，包括模型预测、滚动优化和反馈校正三个要素，并在其滚动优化中引入约束条件，以防止结露现象和温湿度参数超出安全范围等不安全事件的发生；最后，为克服不可控输入的影响，采用前馈方式预先对其加以补偿。前馈方式预先对其加以补偿。前馈方式预先对其加以补偿。


技术研发人员：鄢利清 柴毅 孙成杰 郭茂耘 朱亚雄 刘切 范林川 陈小龙 唐树海 施镇顺 赵立芬 陈攀 徐东升
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2021.07.21
技术公布日：2021/9/21