如何动态控制一个变量以最大化 Dymola 中的另一个变量

Question

我使用 Dymola 一段时间了，但这是我第一次使用控制器。我有一个复杂的热电厂模型，我需要控制一些变量。到目前为止，我已经成功实现了一些 PI 和 PID 控制器，通过施加恒定设定点来控制某些信号。

但是，我现在遇到了一个不同的问题：我需要控制信号以最大化另一个变量的值，而不是将其固定为恒定设定点。我研究了各种方法来解决这个问题，例如使用 PID 控制器、梯度法优化或非免费的 RealTimeOptimization 函数，但我需要一些额外的指导。

这是我需要实现的目标的简化描述（通过一个简单的案例）：

我需要控制变量

inputVar

（范围从0到1）以在每个模拟时间步最大化

outputVar

的值。例如，如果我们模拟 3600 秒，结果应显示

inputVar

的最佳值如何随时间变化以最大化

outputVar

，从零开始并可能增加到 1。

我不确定这项任务有多具有挑战性，如果有任何有关如何在 Dymola 中实现此任务的建议或示例，我将不胜感激。谢谢！

model TestOptControlSignal
  "Tests that represents a model complex that must be controlled with an input variable in order to maximize an output variable"

  //Simplified model
  parameter Real amplitude = 10;
  parameter Real frequency = 1e-4;
  parameter Real phase1 = 0;
  parameter Real phase2 = 3.14/2;
  Real sine_wave1;
  Real sine_wave2;

  Real inputVar "variable to be optimized during the entire simulation - values in range: [0,1]";
  Real outputVar "max output";

equation 
 sine_wave1 = amplitude * sin(2 * Modelica.Constants.pi * frequency * time + phase1);
 sine_wave2 = amplitude * sin(2 * Modelica.Constants.pi * frequency * time + phase2);

 inputVar = 1 "This is the variable that must be modified in order to maximize the outputVar in each step of the simulation";

 outputVar = sine_wave1*inputVar+sine_wave2*(1-inputVar);

  annotation (uses(Modelica(version="4.0.0")),experiment(
      StopTime=3600,
      Interval=1,
      __Dymola_Algorithm="Dassl"));
end TestOptControlSignal;

Answer 1

恐怕不是真正的答案，但评论太多了，所以：

您所描述的内容让我想起了光伏 (PV) 电池的 MPPT（最大功率点跟踪）。也许这将是搜索网络的一个很好的起点，因为应该有很多解决方案。 PhotoVoltaics 库中有一个简单的时钟/采样版本，即块

PhotoVoltaics.Components.Blocks.MPTrackerSample

。在下面的屏幕截图中，这将是组件

mpTracker

。

这种实现的缺点是，由于采样（上述情况下为 10 秒，默认为 1 秒），它会减慢整体模拟的速度。如果系统相对简单并且应该例如计算光伏系统典型的全年情况，采样事件可能会限制性能。如果这对您的工厂来说不是问题，这可能是一个解决方案。

还有一个关于该主题的更通用的视图可以提供帮助：https://de.mathworks.com/discovery/optimal-control.html

PS：如果您找到一个好的连续解决方案，那将是 PhotoVoltaics 和类似库的一个很好的扩展。所以这里的一些反馈会很好:)