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《浙江工业大学》 2010年
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显式模型预测控制及其在非线性控制中的应用

刘江  
【摘要】: 模型预测控制广泛应用于过程控制工业领域,并获得了良好的社会效益和经济效益(如节能减排),然而由于其自身反复在线优化计算的特点,使之很难适应于系统动态变化快,实时性要求高的系统,电力电子,汽车等领域。 显式模型预测控制的出现弥补了传统模型预测控制的缺点。显式模型预测控制的基本思想是:引入多参数二次规划,将线性时不变对象的约束二次优化控制问题的求解归结为相应的数学规划问题的求解,用离线计算的方式来凸分化系统的状态区域并得到各个状态分区所对应的控制律,在线计算就只需要通过查表的方式确定对应当前状态所在的分区,根据已有的控制律,很容易可以得到当前需要的控制量。显式预测模型控制将计算复杂度较高的最优控制求解问题转移到离线计算,在线计算只需要一个简单的查询过程和线性函数运算过程,大大减少了在线计算时间,扩展了模型预测控制的应用范围,从而有望在片上系统实现。针对实际控制工程中存在的非线性问题,本文分析了直接对非线性被控对象进行优化控制的优缺点,并提出了通过混杂建模进行模型转化,从而对得到的分段放射模型(PWA模型)进行优化求解的新的方法。 本文对显式模型预测控制的理论,以及其在非线性系统控制方面的应用进行了研究,主要工作包括以下几部分: 1、在广泛查阅相关文献的基础上,综述了国内外显式模型预测控制的研究进展和研究现状。 2、深入研究了显式模型预测控制的基本工作原理。基于数值仿真例子,针对常见的控制系统(线性),对于显式模型预测控制的离线计算(即离线计算系统的状态分区以及相应的分段仿射最优控制律)和在线计算做了仿真计算。仿真结果不仅使理论更加形象清晰并且获得了良好的控制性能。 3、针对典型的非线性环节和非线性特性,应用显式模型预测控制理论,建立显式模型预测控制系统的分段仿射模型,对模型进行离线计算,寻找控制分区与反馈控制律以及系统分段二次Lyapunov函数,并对显式预测控制系统进行在线仿真,从而验证系统稳定性以及方法的有效性。 4、介绍目前已有的非线性模型预测控制方法并指出其不足,引入混杂建模理论,针对DC/DC转换器这一非线性被控对象进行PWA建模,将显式模型预测控制技术应用于DC/DC变换器的控制,通过仿真,分析其控制性能。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP13

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