有问必答

　　　　　　　　　　　　　——“有问必答”栏目组

　　华东交通大学控制科学与工程的一名青年教师张坤鹏最近来信问道：

　　很高兴看到这个“有问必答”栏目，我对预测控制方法在高速列车列控系统中的应用很感兴趣。但在初步探索的过程中，我对预测模型输出、实际系统输出、实际系统期望的输出三者之间的概念有着长期的误解和犹豫。

　　借此机会，请问教授上述三者是三个不同尺度的概念吧。实际系统输出是客观存在的，而预测模型纯粹是为了控制器设计需要，人为设计的。由于许多因素影响，两 者之间不可避免地产生误差，这也就是模型辨识误差吧。对于一个闭环控制系统来说，我们往往会设定一个期望值，实际系统输出和期望值之间也会有偏差。曾经我一直误认为预测模型输出就是实际系统输出，这种理解是有不妥吧。关于预测控制的理解，还需教授多指教。

　　对此问题我们回答如下：

　　预测模型输出、实际系统输出、实际系统期望的输出与所谓的“尺度”没有关系。除了“预测模型输出”外，“实际系统输出”和“实际系统的期望输出”是控制系统的两个基本概念。设计控制器就是为了在存在干扰的情况下使得实际系统的输出 = 实际系统的期望输出，即干扰抑制控制；如果期望输出有变化，实际系统的输出应尽快跟踪上期望的输出，即跟随控制。预测控制中特有的“预测模型输出”是指基于模型对系统未来动态进行的预测，就是通常所说的“预测系统未来动态”；有了对系统未来动态的预测，我们就可以通过优化未来的控制动作使得预测的系统输出 最接近期望的系统输出；最后，将得到的优化控制量的第一步作用于实际系统；在下一个采样时刻，即有新的测量值可用时，重新进行“预测系统未来动态 -- 优化问题 -- 将优化解序列的第一个元素作用于系统”，一直循环重复。

　　中国自动化学会 控制理论专业委员会
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