Event-Based Switching Iterative Learning Model Predictive Control for Batch Processes With Randomly Varying Trial Lengths

计算机科学 趋同(经济学) 迭代学习控制 事件(粒子物理) 模型预测控制 过程(计算) 控制理论(社会学) 人工神经网络 机器学习 控制(管理) 人工智能 算法 经济增长 量子力学 操作系统 物理 经济
作者
Lele Ma,Xiangjie Liu,Furong Gao,Kwang Y. Lee
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:53 (12): 7881-7894 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tcyb.2023.3234630
摘要

Iterative learning model predictive control (ILMPC) has been recognized as an excellent batch process control strategy for progressively improving tracking performance along trials. However, as a typical learning-based control method, ILMPC generally requires the strict identity of trial lengths to implement 2-D receding horizon optimization. The randomly varying trial lengths extensively existing in practice can result in the insufficiency of learning prior information, and even the suspension of control update. Regarding this issue, this article embeds a novel prediction-based modification mechanism into ILMPC, to adjust the process data of each trial into the same length by compensating the data of absent running periods with the predictive sequences at the end point. Under this modification scheme, it is proved that the convergence of the classical ILMPC is guaranteed by an inequality condition relative with the probability distribution of trial lengths. Considering the practical batch process with complex nonlinearity, a 2-D neural-network predictive model with parameter adaptability along trials is established to generate highly matched compensation data for the prediction-based modification. To best utilize the real process information of multiple past trials while guaranteeing the learning priority of the latest trials, an event-based switching learning structure is proposed in ILMPC to determine different learning orders according to the probability event with respect to the trial length variation direction. The convergence of the nonlinear event-based switching ILMPC system is analyzed theoretically under two situations divided by the switching condition. The simulations on a numerical example and the injection molding process verify the superiority of the proposed control methods.
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