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四容水箱混杂系统的建模与预测控制研究

张玲  
【摘要】:混杂系统是指同时包含连续动态部分与离散逻辑动态部分,以及它们之间相互影响、相互作用的一类系统。在工业过程中,普遍存在着含有连续变量和离散变量的混杂系统,应用传统的控制理论很难描述这类系统的动态特性,这就需要建立新的控制理论。四容水箱是一个典型的带有约束的混杂系统,水箱结构的突变和阀门的开关是离散事件。本文利用混合逻辑动态系统控制理论,研究了四容水箱的建模和控制问题,主要内容是: (1)研究了四容水箱混杂系统的常规控制。以JX-300XP DCS为控制系统,研究了双PID控制策略在四容水箱系统的应用,系统的运行结果显示很难取得较好的控制效果。 (2)研究了四容水箱混杂系统的混合逻辑动态建模。分析混合逻辑动态系统的模型结构,阐述了几种典型的混杂系统建模过程,总结出建立混合逻辑动态模型的步骤,给出了四容水箱的MLD模型。 (3)研究了基于MLD形式的混杂系统的预测控制。将预测控制推广到混合逻辑动态系统控制中,分别研究了基于二次型和∞范数的性能指标的混杂预测控制,探索了系统的稳定性,验证两种算法的有效性,设计了基于∞范数的四容混杂系统的模型预测控制。 (4)研究了四容水箱混杂系统预测策略DCS应用。提出了一种应用OPC通讯完成MATLAB控制现场设备的方法;以JX-300X DCS为平台,实现MATLAB中预测控制策略作用到实际混杂系统中。


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