上海學者潛心研究預測控制系統三十年 給複雜系統一顆「智慧心」

圖為席裕庚教授。 上海交大供圖

中新網上海1月8日電 (記者 許婧)無論是電力調度、交通網路、工業生產，還是機器人運動規劃、無人車能源管理，這些與民眾生活、社會生產相關的領域背後都有複雜龐大的系統支撐運轉。在複雜系統里，閥門、電機、能源等每個「組件」都會對彼此產生關聯、影響。如何將它們間的干擾降到最小，效率提升至最大、控制精度最高、耗費能源更少？預測控制系統可以通過實時優化，為複雜系統提供最優解決方案，給它一顆「智慧心」。

上海交通大學席裕庚教授領銜的預測控制原理與系統設計項目團隊經過30年的潛心研究，形成系統性研究成果，培養大批專業研究和應用人員，帶動了預測控制學科分支在中國的發展。該項目8日獲得2017年度國家科學技術獎。

預測控制的興起是從工業應用開始，但早期的預測控制演算法各具特點又各不相同，無法揭示其深層次的機理。

席裕庚教授團隊通過對已有演算法的研究和總結，突破了傳統最優控制理論在策略上的局限，開創性地提出了預測控制三項基本原理：預測模型、滾動優化與反饋校正。

得益於預測控制理論框架的建立，席裕庚教授團隊成員發展了多模型、多層分解等一系列新的預測控制方法。

團隊還針對具有一些廣義優化控制問題，如機器人運動規劃、無人車能源管理等，發展了基於滾動優化的調度和規劃新技術，推動預測控制在中國工業領域的廣泛應用。

隨著社會的發展，現在的系統規模越來越大，如電網、交通網等。在這樣的大規模複雜系統中，各個組成系統相互關聯，相互影響。要解決其優化控制問題，傳統的集中式預測控制方案已經越來越力不從心。

為此，團隊針對分散式預測控制方法展開研究。分散式預測控制是一類新的預測控制實現方式。它通過通訊網路，使得多個子控制器進行信息通訊，以便協調各個系統組成部分的影響，達到優化性能的目的。

團隊針對這一新的預測控制實現方式，提出了各個子系統間協調度的概念，形成了基於協調度的分散式系統預測控制設計方法；針對各個子系統具有不同目標的問題，提出了一種節約通訊資源的分散式預測控制演算法。這些理論成果為實現大規模系統的優化控制，尤其是智能製造、綠色能源等新型製造系統的發展，提供了基礎。

項目組李德偉副研究員受訪時解釋說，項目組採用滾動時域優化的方法，解決如何在有約束的條件下，讓系統控制達到最優的效果。傳統經典最優控制理論，在實際工程應用中難以實現，團隊的研究為最優控制的理論和工程應用搭建了「橋樑」，使得最優的方案得以應用。目前在工業中應用廣泛的PID調節器雖然成本低，但僅能解決簡單問題，對性能有要求的複雜系統就無法滿足，而團隊成果則採用分散式系統預測控制，不僅能夠在化工、冶金等傳統工業領域發揮作用，在航天、新能源、智能製造領域也有很好的應用前景。

來自上海交大方面的信息顯示，席裕庚教授團隊成員共出版學術專著6部，發表論文328篇，其中SCI期刊論文239篇，成果受到中外學術界的廣泛關注。專著《預測控制》自1993年出版以來被中外同行作為基礎著作；所形成的理論方法也被同行學者廣泛應用於工程實踐中。團隊相關成果先後獲得2003年和2006年上海市自然科學一等獎、2016年中國自動化學會自然科學一等獎，2017年國家自然科學二等獎。(完)

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