文档介绍：摘要积分环节是控制理论中的典型单元,它的存在,导致了积分作用的产生。引入积分作用一方面可以消除余差,另一方面却将降低系统的稳定性。对被控对象而言,很多典型装置和设备都含有积分环节,这类被控对象不具有自衡能力,是开环不稳定的。而在预测控制中,当预测时域取为无穷大时通常可以保证闭环系统的稳定性。因此,运用无穷域的方法来研究具有积分过程的模型预测控制具有重要的理论意义。本文针对具有积分特性的系统,运用基于状态空间的无穷域模型预测控制研究了能够使其标称稳定的算法,主要的工作包括以下几个方面。介绍了单变量和多变量的状态空间模型,及利用无穷预测域的方法将目标函数的优化问题转化为一个具有状态约束和输入约束的二次优化过程,并介绍了保证控制器稳定的定理。在利用无穷预测域方法处理积分系统的过程中,系统的状态约束和输入约束会产生冲突,导致系统不可行。针对这一问题,本文首先介绍了几种软约束情况下处理不可行的方法,然后,针对输入受限条件为硬约束的情况,通过引入条件设定值的概念,提出了在线调整设定值的具有积分特性多变量系统模型预测控制算法,仿真结果证明了算法的可行性和有效性。针对复杂工业过程中,输出采样频率和输入保持频率常常不能保持一致的情况,研究了输出采样频率比输入保持频率慢的多速率采样控制系统。以具有积分特性的系统为研究对象,建立了多速率多变量模型预测控制的状态空间模型,并考虑系统的不可行情况,提出了基于状态空间的无穷域多速率模型预测控制算法。关键词;积分过程,模型预测控制胏耷钤げ庥颍嗨俾剩刺问模型,输入约柬”
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第一章绪论引言许多实际生产过程中含有积分对象,例如,化工过程的许多储罐、锅炉汽包等。积分环节是控制理论中的典型单元,它的存在,导致了积分作用的产生。对调节器而言,一方面,引入积分作用可以消除余差,这是积分作用的积极作用;另一方面,积分作用的引入将降低系统的稳定性,这是它的消极作用。对被控对象而言,很多典型装置和设备都含有积分环节,这类被控对象不具有自衡能力,是开环不稳定的。由于积分环节的存在,闭环控制中易产生震荡。采用常规控制算法控制这类对象,由于积分环节的作用叠加易产生积分饱和现象。以状态空间法为基础的现代控制理论从年代初期发展以来,已取得了很大的进展,特别在航天航空、制导等领域中获得了辉煌的成就。利用状态空间法分析和设计系统,提高了人们对被控对象的洞察能力,提供了设计控制系统的手段,对控制理论和控制工程的发展起到了积极的推动作用。但随着科学技术和生产的迅速发展,对复杂和不确定性系统实行自动控制的要求不断提高,使得现代控制系统理论的局限性日益明显。这主要表现在以下两个方面:现代控制理论的基础是被控对象精确的数学模型,而在工业环境下,其精确的数学模型很难建立,即使一些被控对象能够建立起数学模型,但其结构往往十分复杂,难以设计和实现有效的控制。系统在实际运行时由于各种原因其参数要发生一些变化,而且生产环境的改变和外来扰动的影响给系统带来了很大的不确定性,这使得按理想模型得到的最优控制失去最优性并使控制品质严重下降。在实际应用中,人们更关心的是控制系统在不确定影响下仍能保持良好的控制性能,而不是只追求理想的最优性。为了克服理论和应用之间的不协调,年代以来,人们开始打破传统控制思想的束缚,试图面向工业过程的特点,寻找各种对模型要求低,在线计算方便,控制综合效果好的控制方法和算法。与此同时,计算机技术的飞速发展,使得高速,大容量,低成本的计算机应用越来越广泛,这也为新算法提供了可实现的重要基础。预测控制【凭褪窃谡庵智榭鱿路⒄蛊鹄吹囊恢中滦图扑慊刂扑惴ā
模型预测控制的基本原理经过几十年的发展,预测控制理论已越来越多地应用到工业过程。因此运用预测控制策略对实际生产中经常碰到的具有积分特性的非自衡对象的研究就变我们现在所说的预测控制,是指通过在未来时段簿褪窃げ馐庇上优化过程输出来计算最佳输入序列的一类算法。预测控制算法形式多种多样,常见的有动态矩阵控制、模型算法控制、预测函数控制、广义预测控制等。虽然这些控制算法的名称不同、表达形式和控制方案不同,但它们的基本思想非常类似,其基本原理可归结为:模型预测、滚动优化和反馈校正。图是控制系统的一般结构【J紫龋ü欢ǖ姆椒ɑ袢《韵蟮哪P停根据现在和过去的控制、输出信息,预测未来有限步的输出%。由于实际输出与预测输出存在误差,将此误差加进预测输出形成系统的预测输出虬,然后把此预测值与参考输入只引入目标函数,通过优化的方法,计算使目标函数最小的未来一步或者多步控制量,并实施一步控制,使系统的预测输出接近实际输出,实际输出跟踪给定输入,获得下一时刻的输出之后,重新进行下一时刻的预测、优化和实施,这样周面复始地进行下