In this paper, we developed a Receding Horizon Predictive Control for Stochastic state space models(RHPCS). RHPCS was designed to minimize a quadratic cost function. RHPCS consists of Receding Horizon Tracking Control(RHTC) and a state observer. It was shown that RHPCS is equivalent to Generalized Predictive Control(GPC) when the underlying state space model is equivalent to the I/O model used in the design of GPC. The equivalence between GPC and RHPCS was shown through. the comparison of the transfer functions of the two controllers. RHPCS provides a time-invarient optimal control law for systems for which GPC can not be used. The stability properties of RHPCS was derived. From the GPC's equivalence to RHPCS, the stability properties of GPC were shown to be the same as those for RHTC.
In this paper, we present a GP-PID(Generalized Predictive PID) controller which has the same structure as a generalized predictive control with steady-state weighting. The proposed controller can perform better than the conventional PID controller because it includes intrinsic delay-time compensator. The PID tuning parameters and delay-time compensator are calculated by equating the two degree of freedom PID to a linear form of GPC. The proposed controller is combined with a supervisor for safe start and self-tuning. GP-PID controller has been tested for various numerical models and an experimental stirred tank heater. As a result, it was observed that the proposed controller shows a satisfactory performance for variable delay as well as stochastic disturbance.
GPC has been reported as a useful self-tuning control algorithm for systems with unknown time-delay and parameters. GPC is easy to understand and implement, and thus has won popularity among many practicing engineers. Despite its success, GPC does not guarantee is nominal stability. So, in this paper, GPC is rederived in frequency domain instead of in the time domain to guarantee its nominal stability. Derivation of GPC in frequency domain involves spectral factorization and Diophantine equation. Frequency domain GPC control law is stable because the zeros of characteristic polynomial are strictly Schur. Recursive least square algorithm is used to identify unknown parameters. To see the effectiveness of the proposed controller, the controller is simulated for a numerical problem that changes in dead-time, in order and in parameters.
In this paper, an adaptive generalized predictive control(GPC) algorithm which minimizes a N-stage cost function is proposed. The resulting controller is based on GPC algorithm and can be used in unknown plant parameters as the parameters of one step ahead predictor are estimated by recursive least squares method. The estimated parameters are extended to G,P, and F amtrix which contain the parameters of N step ahead predictors. And the minimization of cost function assuming no constraints on future controls results in the projected control increment vector. Hence this adaptive GPC algorithm can be used for either unknown system or varing system parameters, and it is also shown through simulations that the algorithm is robust to the variation of system parameters. This adaptive GPC scheme is shown to have the same stability properties as the deterministic GPC, and requires small amount of calculation compared to other adaptive algorithms which minimize N-stage cost function. Especially, in case that the maximum output horizon is 1, the proposed algorithm can be applicable to direct adaptive GPC.
In this paper, we suggest a H center .inf. generalized predictive control(H center GPC) which guarantees $H_{\infty}$-norm bounds. THe suggested control is obtained by solving the min-max problem in nonrecursive forms. The stability conditions of the suggested control are derived in a somewhat simple form and it is not required for the derived solution to be a saddle point solution. It is also shown that the suggested control guarantees the $H_{\infty}$-norm bounds under the same conditions of stability.
In this paper, a fuzzy generalized predictive control (FGPC) for non-linear plants is proposed. In the proposed method, the receding horizon control is applied to the control part, while fuzzy systems are used for the predictor part. It is suggested that the fuzzy predictor is time-varying affine with respect to input variables for easy computation of control inputs. Since the receding horizon control can be obtained only with a predictor instead of a plant model, the fuzzy predictor is obtained directly from input-output data without identifying a plant model. A parameter estimation algorithm is used for identifying the fuzzy predictor. The control inputs of the FGPC are computed by minimizing a receding horizon cost function with predicted plant outputs. The proposed controller has a similar architecture to the generalized predictive control (GPC) except for the predictor synthesis method, and thus may possess inherent good properties of the GPC. Computer simulations show that the performance of the FGPC is satisfactory.
제어로봇시스템학회 1995년도 Proceedings of the Korea Automation Control Conference, 10th (KACC); Seoul, Korea; 23-25 Oct. 1995
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pp.1-4
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1995
We propose a new design method for a generalized predictive control (GPC) system based on the parametrization of two-degree-of freedom control systems. The objective is to design the GPC system which guarantees the stability of the control system for a perturbed plant. The design procedure of our proposed method consists of three steps. First, we design a basic controller for a nominal plant using the LQG method and parametrize a whole control system. Next, we identify the deviation between the perturbed plant and the nominal one using a closed-loop identification method and design a free parameter of parametrization to stabilize the closed-loop system. Finally, we design a feedforward controller so as to incorporate GPC technique into our controller structure. A numerical example is presented to show the effectiveness of our proposed method.
PID control has been widely used for real control systems. Particularly, there are many researches on control schemes of tuning PID gains. However, to the best of our knowledge, there is no result for discrete-time systems with unknown time-delay and unknown system parameters. On the other hand, Generalized predictive control has been reported as a useful self-tuning control technique for systems with unknown time-delay. So, in this study, based on minimization of a GPC criterion, we present a self-tuning PID control algorithm for unknown papameters and unknown time-delay system. A numerical simulation was presented to illustrate the effectiveness of this method.
This paper deals with the application of a Generalized Predictive Control (CPC) to a Pressurized Water Reactor (P.W.R) Nuclear Power Plant. Generalized Predictive Control is a sort of Explicit Self-Tuning Control. Current self-tuning algorithms lack robustness to prior choices of either dead-time (input time delay of a plant) or model order. GPC is shown by simulation studies to be superior to accepted self-tuning techniques such as minimum variance and pole-placement from the viewpoint that it is robust to prior choices of dead-time or model order. In this paper a GPC controller is designed to control the P.W.R. nuclear power rlant with varying dead-time and through the designing procedure the designer is free from the constraint of knowing the exact dead-time. The controller is constructed based on the 2nd order linear model approximated in the vicinity of operating point. To ensure that this low-order model describes the complex real dynamics well enough for control purposes, model parameters are updated on-line with a Recursive Least Squares algorithm. Simulation results are successful and show the possibilities of the GPC control application to actual plants with varying or unknown dead-time.
This paper proposes the generalized predictive control(GPC) method of chaotic systems using a self-recurrent wavelet neural network(SRWNN). The reposed SRWNN, a modified model of a wavelet neural network(WNN), has the attractive ability such as dynamic attractor, information storage for later use. Unlike a WNN, since the SRWNN has the mother wavelet layer which is composed of self-feedback neurons, mother wavelet nodes of the SRWNN can store the past information of the network. Thus the SRWNN can be used as a good tool for predicting the dynamic property of nonlinear dynamic systems. In our method, the gradient-descent(GD) method is used to train the SRWNN structure. Finally, the effectiveness and feasibility of the SRWNN based GPC is demonstrated with applications to a chaotic system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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