Model predictive control based on the output prediction-oriented model: a dual-mode approach, and robust distributed algorithms (2022)
- Authors:
- Autor USP: SENCIO, RAFAEL RIBEIRO - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PQI
- Subjects: CONTROLE PREDITIVO; CONTROLE DE PROCESSOS
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: O modelo orientado à predição da saída (OPOM, no acrônimo em inglês) é um modelo de espaço de estado com entradas incrementais que é derivado da forma analítica da resposta ao degrau do sistema. Este modelo tem a previsão da saída em regime permanente como parte do vetor de estados, o que é útil para impor a restrição terminal em uma formulação de MPC de horizonte infinito adequada para rastreamento de referência. Neste trabalho, são propostas abordagens estabilizantes de MPC baseadas no modelo orientado à predição da saída, a saber, um MPC dual e três algoritmos de MPC distribuído cooperativo robusto. Primeiramente, é apresentado um método para transformar um modelo de espaço de estados com entradas posicionais em um modelo do tipo OPOM. O modelo resultante pode ser visto como uma generalização do OPOM tradicional, sendo capaz de representar sistemas com polos estáveis, integradores e instáveis, bem como com multiplicidade de polos e tempo morto. Utilizando uma lei de controle terminal e aplicando o conceito de conjunto invariante para rastreamento, o MPC dual com OPOM proposto possui ação integral embutida e garantia de estabilidade e viabilidade sob qualquer mudança de referência. Nesta abordagem, a caracterização de saídas e entradas em regime permanente é baseada apenas em estados e entradas terminais, evitando a parametrização do equilíbrio do sistema. Tal método permite o cálculo de referências artificiais que são consistentes com o verdadeiro estado estacionário da planta, mesmo na presença de incompatibilidade planta-modelo ou perturbações não medidas. O MPC proposto também aborda o caso de controle por zonas das saídas e alvos ótimos das entradas. Prova-se que, se o ponto de operação desejado não for admissível, o controlador proposto direciona o sistema para o ponto de operação queminimiza uma função de custo do desvio. Com relação aos algoritmos propostos para MPC distribuído cooperativo robusto, adota-se a representação multi-modelo do sistema, e otimiza-se um índice de desempenho de toda a planta enquanto uma restrição de contração de custo para todos os modelos é imposta. Essa estratégia resulta em um problema QCQP (acrônimo em inglês para programação quadrática com restrição quadrática) que é resolvido para cada subsistema. As soluções locais são compartilhadas entre os agentes e um procedimento iterativo é aplicado para melhorar a solução geral. Esta abordagem é estendida e dois algoritmos alternativos são propostos. Um é baseado no cálculo de pesos ótimos da combinação convexa das soluções dos agentes, o que melhora a convergência ao longo das iterações. O outro impõe a restrição de robustez somente após o término das iterações, transformando assim o problema de otimização resolvido por cada agente em um problema QP (acrônimo em inglês para programação quadrática). Essa estratégia reduz o número de problemas QCQP resolvidos a cada período de amostragem, o que também reduz o tempo de CPU gasto pelos agentes. Os algoritmos distribuídos propostos são adequados para lidar com problemas de rastreamento de referência e controle por zonas, e possuem garantia de viabilidade recursiva, convergência e estabilidade. Exemplos numéricos são apresentados para ilustrar a aplicação dos controladores propostos.
- Imprenta:
- Data da defesa: 09.06.2022
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ABNT
SENCIO, Rafael Ribeiro. Model predictive control based on the output prediction-oriented model: a dual-mode approach, and robust distributed algorithms. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-02012023-091805/. Acesso em: 03 jan. 2026. -
APA
Sencio, R. R. (2022). Model predictive control based on the output prediction-oriented model: a dual-mode approach, and robust distributed algorithms (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-02012023-091805/ -
NLM
Sencio RR. Model predictive control based on the output prediction-oriented model: a dual-mode approach, and robust distributed algorithms [Internet]. 2022 ;[citado 2026 jan. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-02012023-091805/ -
Vancouver
Sencio RR. Model predictive control based on the output prediction-oriented model: a dual-mode approach, and robust distributed algorithms [Internet]. 2022 ;[citado 2026 jan. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-02012023-091805/
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