Software pro návrh a implementaci prediktivních regulátorů v explicitním tvaru

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F49777513%3A23520%2F23%3A43971201" target="_blank" >RIV/49777513:23520/23:43971201 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="http://www.kky.zcu.cz/cs/sw/mpce" target="_blank" >http://www.kky.zcu.cz/cs/sw/mpce</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Software pro návrh a implementaci prediktivních regulátorů v explicitním tvaru

Popis výsledku v původním jazyce

Software je určený pro návrh a implementaci algoritmů prediktivního řízení (model predictive control - MPC), které využívá model dynamiky řízené soustavy k predikci jeho chování. Z množiny všech přípustných akčních zásahů na konečném horizontu se hledá optimální sekvence minimalizující vhodně zvolenou účelovou funkci.Standardní algoritmus prediktivního řízení v implicitním tvaru vyžaduje v každém kroku algoritmu řešení minimalizačního problému, který se mění podle aktuálního stavu systému. Optimalizační úloha nemá až na triviální případy analytické řešení. Toto je potřeba hledat vhodnou numerickou metodou s velkými výpočetními nároky. U systémů s krátkou periodou vzorkování, napřílkad v úlohách řízení elektrických nebo elektromechanických systémů je zásadní mít algoritmus, který dokáže najít optimální řešení v co nejkratším čase. Metody explicitního prediktivního řízení řeší optimalizační krok offline před samotnou implementací regulátoru a vedou na řádově jednodušší algoritmus vykonávaný v reálném čase. Vyvinutý software automatizuje nalezení regulátoru v explicitním tvaru pro variantu lineárního systému s lineárními omezeními na vstup, stav a výstup a realizuje výpočetně optimální tvar vyhodnocení zákonu řízení, který je potřeba vykonávat periodicky v reálném čase. Software je k dispozici jako samostatně spustitelný program, toolbox do systému Matlab nebo zdrojový C-kód, který lze vložit do softwaru třetí strany.

Název v anglickém jazyce

Software for design and implementation of predictive controllers in explicit form

Popis výsledku anglicky

The software is designed for the design and implementation of model predictive control (MPC) algorithms, which use a model of the dynamics of the controlled system to predict its behaviour. From the set of all admissible actions on a finite horizon, an optimal sequence minimizing a suitably chosen objective function is sought.The standard predictive control algorithm in its implicit form requires the solution of a minimization problem at each step of the algorithm, which varies according to the current state of the system. The optimization problem has no analytical solution except in trivial cases. This needs to be sought by a suitable numerical method with large computational requirements. For systems with short sampling periods, for example in control problems of electrical or electromechanical systems, it is essential to have an algorithm that can find the optimal solution in the shortest possible time. Explicit predictive control methods solve the optimization step offline before the actual controller implementation and lead to an order of magnitude simpler algorithm executed in real time. The developed software automates finding a controller in explicit form for a variant of a linear system with linear constraints on input, state and output and implements a computationally efficient form of the control law evaluation that needs to be executed periodically in real time. The software is available as a stand-alone executable, a toolbox for Matlab system, or as C source code that can be embedded in third-party software.

Druh

R - Software

CEP obor

—

OECD FORD obor

20205 - Automation and control systems

Projekt

—

Návaznosti

S - Specificky vyzkum na vysokych skolach

Rok uplatnění

2023

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

mpce

Technické parametry

Software je určený pro počítačovou podporu návrhu preditkivních regulátorů v explicitním tvaru. Lze ho spustit na libovolném osobním počítači s operačním systémem Windows nebo Linux, případně je k dispozici jako toolbox do systému Matlab. Rozhodnutí o přidělení podpory ZCU007980/2023 ze dne 1.4.2023 k projektu SGS-2022-22, Západočeská univerzita, Univerzitní 2732/8, 301 00 Plzeň, IČ: 49777513. Kontaktní osoba: Martin Goubej, Výzkumné centrum NTIS, Fakulta aplikovaných věd, mgoubej@ntis.zcu.cz

Ekonomické parametry

Díky explicitní formulaci optimálního zákona řízení je možné dosáhnout podstatného snížení výpočetní náročnosti při implementaci algoritmů prediktivního řízení v průmyslových řídicích systémech. Výpočetní náročnost je v typických případech 10x-100x menší než u standardního regulátoru v implicitním tvaru vyžadujícího řešení netriviální optimalizační úlohy v každém kroku řízení. Tímto je možné implementovat regulátory pro rychlejší systémy a procesy, případně nabízí možnost nasadit levnější hardwarovou platformu s menším výpočetním výkonem. Díky automatizaci celého procesu návrhu a realizace regulátoru je dosaženo výrazné úspory času při návrhu systému automatického řízení.

IČO vlastníka výsledku

49777513

Název vlastníka

Západočeská univerzita v Plzni