Machine learning-based reduced-order modeling and predictive control of nonlinear processes

模型预测控制 自编码 控制理论(社会学) 非线性系统 循环神经网络 计算机科学 人工智能 李雅普诺夫函数 还原(数学) 人工神经网络 数学 控制(管理) 物理 几何学 量子力学
作者
Tianyi Zhao,Yingzhe Zheng,Jie Gong,Zhe Wu
出处
期刊:Chemical engineering research & design [Elsevier]
卷期号:179: 435-451 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.cherd.2022.02.005
摘要

In this work, we develop a model predictive control scheme for nonlinear systems using autoencoder-based reduced-order machine learning models. First, an autoencoder is developed for model order reduction by projecting the process states onto a low-dimensional space using data generated from open-loop simulations of the nonlinear system in the original high-dimensional space. Subsequently, reduced-order recurrent neural networks (RNN) are developed to capture the dominant dynamics of the nonlinear system using the low-dimensional data. Lyapunov-based model predictive control (MPC) scheme using RNN models in low-dimensional space is developed to stabilize the nonlinear system. Finally, a diffusion-reaction process example is used to demonstrate the effectiveness of the proposed reduced-order RNN modeling approach and RNN-based predictive control method.

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