Application of generalized predictive control techniques to a thermal vacuum chamber

The main aim of this thesis is to analyze the performances of Generalized Predictive Control (GPC) algorithms by applying them on a Simulink® Model reproducing the hot behavior of a Thermal Vacuum Chamber (TVC). This model, in particular, is obtained considering the lumped parameters scheme with three, four and five nodes both in SISO and MIMO cases. The identification procedure is based on ARX method and its validation is realized by the multistep output prediction technique. Moreover, the GPC results are compared with a simple PID controller applied on SISO systems. Finally, in order to reduce the computational load and time, it is evaluate the Direct Algorithm for GPC.

Lo scopo principale di questa tesi è la valutazione delle performances della tecnica di controllo Generalized Predictive Control (GPC). Per determinarne le caratteristiche si applica il metodo a un modello Simulink® che riproduce il comportamento termico della camera termovuoto nel caso caldo. Questo modello si basa sul metodo dei parametri concentrati, è studiato considerando tre, quattro o cinque nodi e valutando, per ciascuno di essi, il caso SISO e il caso MIMO. L’identificazione dei sistemi è effettuata utilizzando il metodo alle differenze finite anche noto come ARX. La validità dei parametri così ottenuti è testata calcolando la predizione degli output attraverso la tecnica multistep output prediction. I risultati generati mediante l’algoritmo GPC implementato in MATLAB® vengono confrontati con i risultati ottenuti applicando lo stesso algoritmo ai modelli Simulink®. Per quanto riguarda i casi SISO viene effettuato un confronto con un semplice controllore PID in modo da dimostrare le migliori prestazioni ottenute con la tecnica GPC. Infine, per ridurre il carico computazionale e i tempi richiesti, si analizza il Direct Algorithm per GPC attraverso il quale è possibile ottenere i parametri necessari al controllo senza distinguere il processo d’identificazione da quello di controllo.