کنترل پیش بین MPC شامل تعدادی از الگوریتم های کنترلی است که براساس مفهوم خاصی عمل می کند. در یک کنترل کننده MPC، تعدادی از ورودی های آینده به گونه ای تعیین می شوند، که خروجی پروسه در طول فاصله زمانی معینی، براساس یک تابع معیار به ورودی مرجع نزدیک باشد. این محاسبات طی هر زمان نمونه برداری انجام می شود و معمولاً اولین عنصر محاسبه شده از سیگنال کنترلی به پروسه إعمال می شود. برای این عمل نیاز به یک مدل در کنار پروسه می باشد تا ورودی های آینده را به آن داده و خروجی های آینده پروسه را طبق آن پیش بینی کرد. در این پایان نامه الگوهای مختلف کنترل کننده های پیش بین بررسی می شوند و پارامترهای بهینه این الگوریتم ها به گونه ای محاسبه می شوند که منجر به حجم محاسبات کمتر و کیفیت پاسخ مطلوب می شوند.
نخستین فصل کلیات نام گرفته است. در فصل دوم مختصری در مورد MPC و پارامترهای آن صحبت شده، و به تحقیقاتی که تاکنون برای تنظیم این پارامترها انجام گرفته است پرداخته می شود. فصل سوم به معرفی انواع الگوریتم های مختلف MPC و حجم محاسبات هریک از این الگوریتم ها می پردازد. در فصل چهارم به اثر پارامترهای مختلف کنترل کننده های پیش بین بر روی پاسخ سیستم پرداخته می شود و در فصل پنجم پارامترها بهینه ای که منجر به حجم محاسبات کمتر و کیفیت پاسخ مطلوب هستند، محاسبه می شوند. در فصل ششم پیشنهاداتی جهت بهبود تنظیم پارامترهای کنترل کننده های پیش بین ارائه می شود.
فصل اول
کلیات
کنترل پیش بین در دهه هفتاد میلادی و در صنعت ابداع گردید. اولین مقاله ای که در این زمینه چاپ شد مربوط به Richalet و همکارانش می شود. در این مقاله تاکید بر حل مسایلی بود که استفاده از کنترل کننده های کلاسیک PID مشکل بود و با بهره گرفتن از خصوصیات ذاتی مساله (یا همان مدل مناسب) تلاش برای حل این مشکل شده بود. هرچند در این مقاله توجهی به بهینه بودن و یا محدودیت ها نشده بود.
کنترل پیش بین MPC شامل تعدادی از الگوریتم های کنترلی است که براساس مفهوم خاصی عمل می کند. در یک کنترل کننده MPC، تعدادی از ورودی های آینده به گونه ای تعیین می شوند، که خروجی پروسه در طول فاصله زمانی معینی، براساس یک تابع معیار به ورودی مرجع نزدیک باشد. این محاسبات طی هر زمان نمونه برداری انجام می شود و معمولا اولین عنصر محاسبه شده از سیگنال کنترلی به پروسه اعمال می شود. برای این عمل نیاز به یک مدل در کنار پروسه می باشد تا ورودی های آینده را به آن داده و خروجی های آینده پروسه را طبق آن پیش بینی کرد.
کنترل پیش بین در حوزه زمان و به صورت گسسته طراحی می گردد. برای پیاده سازی الگوریتم کنترل پیش بین در هر زمان نمونه برداری مراحل زیر باید اجرا گردد:

1. مسیر مطلوب آینده محاسبه شود.
2. با بهره گرفتن از مدل پروسه خروجی های آینده پیش بینی گردد.
3. برای به دست آوردن سیگنال کنترلی، یک مساله بهینه سازی حل گردد. بهینه سازی به صورت حلقه باز انجام می شود. در نتیجه نسبت به کنترل بهینه که در حالت حلقه بسته کار می کند از محاسبات ساده و کمتری برخوردار است.
تفاوت الگوریتم های مختلف کنترل پیش بین را می توان در نوع مدل مورد استفاده برای پیش بینی پاسخ پروسه و در تابع هزینه ای که کمینه می گردد، دانست. در کنترل کننده DMC برای پیش بینی خروجی پروسه از مدل ضرایب پاسخ پله پروسه استفاده می شود. کنترل کننده های پیش بین معروف دیگر، MAC، GPC، D-DMC و PFC هستند که به ترتیب از مدل های پاسخ ضربه، تابع تبدیل، پاسخ پله واحد و تابع تبدیل استفاده می کنند.