Nonlinear model-predictive control and dynamic real-time optimization on infinite horizons

无限范围内的非线性模型预测控制和动态实时优化

基本信息

项目摘要

The overall objective of this project is to develop efficient algorithms for a wide range of model-predictive control problems, in particular economic nonlinear model-predictive control problems (NMPC), with guaranteed closed-loop stability based on an infinite horizon strategy. Economic NMPC is based on a nonlinear objective function consisting of revenues and costs for process operation, which is thus not necessarily a positive-definite function. Consequently, standard stability proofs for regulatory NMPC cannot be applied as the objective function cannot serve as a Lyapunov function. Furthermore, finite moving horizon concepts are still computationally involved and not completely satisfactory.In the first three years of this project, we explored an alternative formulation relying on an infinite horizon approach. By applying Bellman's principle of optimality, this method naturally implies stability for regulatory as well as economic NMPC - provided a sufficiently accurate numerical solution can be computed. First, a transformation of the time axis was investigated leading to a finite horizon problem with bounded costs. In order to apply solution techniques from nonlinear programming, the transformed finite horizon problem was discretized. Subsequently, several possibilities to reduce computational load while maintaining sufficient solution accuracy were investigated such as a novel control grid adaptation strategy and neighboring-extremal updates. Finally, the closed-loop performance of the infinite horizon formulation was compared to a finite horizon formulation. It could be shown that the infinite-horizon formulation is a promising alternative for continuously operated processes for which no prespecified final time exists. Nonetheless, there remain open issues regarding algorithmic as well as methodological details which shall be investigated in the fourth year. First, closed-loop stability will be derived for continuous-time processes with discrete-time control moves. Second, the novel control grid adaptation strategy will be extended for path-constrained multi-stage problems in order to guarantee a sufficiently good resolution also in the transient parts of the horizon. Third, we will investigate the numerical solution of the infinite-horizon formulation with finite rewards. Finally, computational time will be further reduced with the help of a neighboring-extremal controller.
该项目的总体目标是为各种模型预测控制问题开发有效的算法,特别是经济非线性模型预测控制问题(NMPC),并基于无限视野策略保证闭环稳定性。经济 NMPC 基于由过程操作的收入和成本组成的非线性目标函数,因此不一定是正定函数。因此,监管 NMPC 的标准稳定性证明不能应用,因为目标函数不能充当 Lyapunov 函数。此外,有限移动视界概念仍然涉及计算,并不完全令人满意。在这个项目的前三年,我们探索了一种依赖于无限视界方法的替代公式。通过应用贝尔曼的最优性原理,该方法自然意味着监管和经济 NMPC 的稳定性 - 前提是可以计算出足够准确的数值解。首先,研究了时间轴的变换,导致了具有有限成本的有限范围问题。为了应用非线性规划的求解技术,将变换后的有限层问题离散化。随后,研究了在保持足够的解精度的同时减少计算负载的几种可能性,例如新颖的控制网格自适应策略和邻近极值更新。最后,将无限水平公式与有限水平公式的闭环性能进行了比较。可以证明,对于不存在预先指定的最终时间的连续运行过程,无限视野公式是一种有前途的替代方案。尽管如此,关于算法和方法细节仍然存在悬而未决的问题,应在第四年进行调查。首先,将针对具有离散时间控制运动的连续时间过程导出闭环稳定性。其次,新颖的控制网格自适应策略将扩展到路径约束的多阶段问题,以保证在视野的瞬态部分也有足够好的分辨率。第三,我们将研究具有有限奖励的无限范围公式的数值解。最后,在邻近极值控制器的帮助下,计算时间将进一步减少。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Optimality-based grid adaptation for input-affine optimal control problems
针对输入仿射最优控制问题的基于最优性的网格自适应
  • DOI:
    10.1016/j.compchemeng.2016.04.041
  • 发表时间:
    2016-09-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Fady Assassa;W. Marquardt
  • 通讯作者:
    W. Marquardt
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt其他文献

Professor Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt', 18)}}的其他基金

Stofftransport im Rieselfilm
滴流膜中的质量传输
  • 批准号:
    145021323
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Sensitivitäten zweiter Ordnung für adaptive Schießverfahren zur Lösung von Optimalsteuerungsproblemen in der Verfahrenstechnik
自适应射击方法的二阶灵敏度解决过程工程中的最优控制问题
  • 批准号:
    37415102
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Computer-Assisted Work Process Modeling in Chemical Engineering
化学工程中计算机辅助工作流程建模
  • 批准号:
    47509629
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants (Transfer Project)
Optimierungsbasierte Methoden für den systematischen Entwurf von Vielkomponenten-Rektifikationsprozessen
基于优化的多组分精馏过程系统设计方法
  • 批准号:
    34057759
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Optimierungsbasierte Regelung verfahrenstechnischer Prozesse Teilantrag 4: Dynamische Modellierung und Echtzeitoptimierung einer Abwasseraufbereitungsanlage mit getauchter Membrantrenneinheit
基于优化的过程工程过程控制子应用 4:带有浸没式膜分离装置的废水处理厂的动态建模和实时优化
  • 批准号:
    34424971
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Auslegung robuster Regelungen für nichtlineare dynamische Systeme mit unsicheren Parametern mit Methoden der Nichtlinearen Dynamik
使用非线性动力学方法设计具有不确定参数的非线性动态系统的鲁棒控制
  • 批准号:
    5453011
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Analyse und Modellierung der Struktur der wandnahen Zweiphasenschicht und des Wärmeübergangs beim Behältersieden im gesamten Bereich der Siedekennlinie für Reinstoffe und Gemische
对纯物质和混合物的沸腾特性曲线整个范围内的近壁两相层结构以及容器沸腾时的传热进行分析和建模
  • 批准号:
    5439767
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Optimierungsbasierte Prozeßführung einer Abwasseraufbereitungsanlage mit getauchter Membrantrenneinheit
基于优化的污水处理厂浸没式膜分离过程控制
  • 批准号:
    5400162
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Modellierung und Identifikation des Wärmeübergangs beim Behältersieden im gesamten Bereich der Siedekennlinie
整个沸腾特性曲线范围内容器沸腾过程中传热的建模和识别
  • 批准号:
    5096204
  • 财政年份:
    1998
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Näherungsverfahren zur Bestimmung des Mindestenergiebedarfs nichtidealer Trennungen in komplexen Kolonnen
确定复杂塔中非理想分离最低能量需求的近似方法
  • 批准号:
    5253070
  • 财政年份:
    1996
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

基于CT影像联合病理三级淋巴结构的可解释性智能模型精准预测肝细胞癌切除术后预后的研究
  • 批准号:
    82302315
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于多模态数据自监督学习的同时性多原发肺癌病理风险分级预测模型研究
  • 批准号:
    62306189
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于系统性硬化病高阶交互作用分子标志物的识别及其疾病预测模型研究
  • 批准号:
    62363028
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    31 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
基于生物信息学的类风湿性关节炎患者衰弱预测模型的构建与验证
  • 批准号:
    82301786
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
口服抗凝药物个体化治疗的新策略:基于可解释性集成学习模型的预测研究
  • 批准号:
    82370512
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Development of FAST-DOSE assay system for the rapid assessment of acute radiation exposure, individual radiosensitivity and injury in victims for a large-scale radiological incident
开发快速剂量测定系统,用于快速评估大规模放射事件受害者的急性辐射暴露、个体放射敏感性和损伤
  • 批准号:
    10784562
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Real-time mapping and adaptive testing for neural population hypotheses
神经群体假设的实时映射和自适应测试
  • 批准号:
    10838394
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Nonlinear performance analysis and prediction for robust low dose lung CT
鲁棒低剂量肺部 CT 的非线性性能分析和预测
  • 批准号:
    10684375
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Statistical Machine Learning for Model Predictive Control of Nonlinear Processes
用于非线性过程模型预测控制的统计机器学习
  • 批准号:
    2140506
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nonlinear performance analysis and prediction for robust low dose lung CT
鲁棒低剂量肺部 CT 的非线性性能分析和预测
  • 批准号:
    10570160
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了