收藏本站
《上海大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于特征模型的预测函数控制及应用研究

吴建国  
【摘要】: 在过去的几十年里,模型预测控制的研究越来越受到众多专家学者的重视,在大家的共同努力下,许多重要的研究成果不断出现。模型预测控制以其鲁棒性好,具有灵活的约束处理能力,综合控制质量较高,特别适合于处理具有输入输出约束、时滞时变特性、反向特性和变目标函数的工业过程等优点,受到工业界的广泛欢迎,应用成果层出不穷。预测函数控制作为第三代模型预测控制,在保持模型预测控制优点的同时,通过引入基函数的概念增强了输入控制量的规律性,提高了响应的快速性和准确性,可有效地减少算法的计算量。然而,与其它基于预测模型的模型预测控制一样,预测函数控制仍然存在一旦预测模型与实际被控过程出现不一致时,会出现控制性能下降的问题。尽管围绕模型失配问题展开了一系列的研究,如将神经网络模型、模糊模型引入预测函数控制作为预测模型,但这样做的结果使预测模型变得复杂,增加了在线计算工作量,预测函数控制原先所具有的算法简单、运算速度快的优点失去。 针对预测函数控制的模型失配问题,本文以保证预测函数控制所具有的算法简单、运算速度快的优点为研究出发点,同时减小模型失配以保证预测函数控制的控制性能不下降为前提,提出基于特征模型的预测函数控制控制方案。特征模型通常的形式是一个二阶慢时变的线性模型,它是根据被控对象动力学特征和控制性能的要求相结合建立起来的模型,特征模型的关键特点在于模型的形式简单、易于工程实现,而且在同样输入控制作用下,对象特征模型和实际对象在输出上是等价的。特征模型这一概念是由吴宏鑫院士结合自己多年的理论研究与工程实践而提炼出来。在本文中,作者对特征模型理论开展了进一步研究,一是总结出几种特征模型获取的方法,尤其是提出了基于测试法的特征模型获取方法,以及借助于Matlab的仿真分析法。这些方法可以方便地获取被控对象的特征模型,以及在已有高阶模型的基础上,实现模型降阶。二是为了避免特征模型时变参数计算问题,引入了参数区间的概念,将二阶慢时变的线性模型等效成一族二阶线性模型,从而保证特征模型引入预测函数控制后,传统预测函数控制所具有的算法简单、运算速度快等优点不丢失。仿真结果表明,新的算法明显地优于传统的预测函数控制算法。 由于参数区间的引入使基于新算法的特征多项式系数具有不确定性参数问题,为了便于进行稳定性分析,这里利用了多项式稳定性分析理论,找到了适合于的稳定性分析的方法----多项式稳定性分析理论。借助于DCS平台构建了与生产控制相吻合的实验环境进行了实验研究,实验研究进一步表明新算法比传统预测函数控制算法具有更好的控制性能。实验中采用的DCS为浙江中控JX-300X系统,控制程序采用JX-300X系统所提供的SCX语言编写,借助于JX-300X平台可以十分方便地把控制程序移植到工业生产实际中。 本文的主要工作概括如下: 1.对特征模型获取进行了研究,提出了一些特征模型获取的新方法,包括非线性系统的特征模型获取,尤其是利用测试法获取特征模型的方法,以及借助于Matlab的仿真分析法。引入了参数区间,从而使特征模型得以进一步简化。 2.提出了基于特征模型的预测函数控制算法。新算法可以克服传统预测函数控制算法在模型失配时的有效控制问题。借助于Matlab,对新算法与传统预测函数控制算法针对多种被控对象进行仿真研究,仿真结果表明,新算法明显优于传统预测函数控制算法。 3.给出了几种针对模型匹配与模型失配的预测函数控制系统的稳定性分析方法,尤其是引入了多项式稳定性分析方法来分析基于特征模型的预测函数控制算法系统的稳定性。 4.借助于DCS平台构建了与生产控制相吻合的实验环境进行了实验研究,实验研究进一步表明新算法比传统预测函数控制算法具有更好的控制性能。实验中采用的DCS为浙江中控JX-300X系统,控制程序采用JX-300X系统所提供的SCX语言编写,借助于JX-300X平台可以十分方便地把控制程序移植到工业生产实际中。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP273

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王文新,潘立登,孔德宏,张玉伟,胡江涛;IMC-PID鲁棒控制器设计及其在蒸馏装置上的应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年05期
2 龚剑平,王连伟,游浩;用于二阶加纯滞后过程的IMC-PID控制器的研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);1999年02期
3 韩璞,于萍,王国玉,王东风;单元机组负荷系统预测函数控制(英文)[J];电工技术学报;2004年10期
4 诸静,黄杭美;复杂系统的广义预测模糊控制[J];电工技术学报;1997年02期
5 洪兰华;颗粒饲料制粒前调质的机理及操作[J];广东饲料;2001年04期
6 刘楚平,秦中广,钟汉枢,裴海龙;基于神经网络的过程系统动态建模[J];桂林工学院学报;2000年04期
7 焦克华;巩军民;;基于T-S模型的预测控制在SOFC中的应用[J];自动化与信息工程;2007年03期
8 张彬;杨为民;吴智勇;钱锋;;乙苯催化脱氢制苯乙烯的预测函数控制及其稳定性分析[J];化工学报;2008年07期
9 苏成利;张日东;张健明;王树青;毛国平;;焦化加热炉出口温度的预测函数控制[J];化工自动化及仪表;2007年01期
10 陈博,钱锋,刘漫丹;一种基于BP网络的预测控制算法及其应用[J];华东理工大学学报;2003年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张还;;基于PLC和智能温控表的塑料挤出机温度控制系统设计[J];工程塑料应用;2010年01期
2 李园;关宏伟;;液位控制实验教学系统[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2009年02期
3 蒋中;一种基于非线性Laguerre模型的预测控制算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年02期
4 钟小芳,蒋中;基于Laguerre 函数近似模型的多变量系统增量型预测控制的算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2001年02期
5 钟小芳,蒋中;一种增量型多步预测、多步控制的单变量预测控制算法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年04期
6 康国磊;黄春;江泳;;智能烟叶烤房控制系统的设计[J];安徽农业科学;2009年14期
7 梁万用;王凯;;蔬菜大棚温湿度智能控制系统设计[J];安徽农业科学;2009年19期
8 范智平;卢博友;张保健;乔晓娟;;烟叶烘烤自动控制系统的研究[J];安徽农业科学;2009年27期
9 梁云峰;谷凤民;虎恩典;;基于HC900控制器的抗生素发酵过程控制系统[J];安徽农业科学;2011年30期
10 吴娟;侍洪波;;稳态实时数据校正在焦化碳一生产中的应用[J];鞍山科技大学学报;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孙鹤旭;梁涛;雷兆明;;基于状态空间模型的多时域预测控制系统的闭环特性[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 孟斌;吴宏鑫;;高超声速飞行器基于特征模型的自适应控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 曹荣敏;侯忠生;黄健;;直流电机调速系统的无模型学习自适应控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 杨建华;刘文琦;卢伟;;注汽锅炉蒸汽干度的模糊预测控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 刘剑锋;桂卫华;黄志武;;基于满意度的T-S模糊建模方法及应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 李刚;王庆林;黄彪;;随机扰动下的动态矩阵控制系统性能监控、调节与诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 吴义虎;宋丹丹;侯志祥;袁翔;;车辆横摆角速度的广义预测控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 莫晓明;;基于多模型综合的DMC控制及其应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 魏乐;房方;;单元制发电机组主蒸汽温度的负荷调度控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 邓忠华;李曦;;固体氧化物燃料电池电特性的建模和控制设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 邵宗凯;无刷双馈电机建模及智能控制策略研究[D];华中科技大学;2010年
3 罗石;线控转向系统主动安全预测控制策略的研究[D];江苏大学;2010年
4 王正顺;纸张电磁干燥技术研究[D];华南理工大学;2010年
5 栗伟;催化裂化过程建模与应用研究[D];浙江大学;2010年
6 周猛飞;延迟焦化工业过程先进控制与性能评估[D];浙江大学;2010年
7 杜静静;基于非线性度量和MLD-MPC的多模型方法研究[D];浙江大学;2010年
8 黄光东;基于智能算法的滑坡稳定性建模与分析[D];中国地质大学(北京);2011年
9 魏晋宏;预测控制在工业生产过程中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
10 刘春波;统计建模方法的理论研究及应用[D];江南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 况清龙;基于逆变器的直流无源滤波器的优化设计及其可视化算法[D];南昌航空大学;2010年
2 商亮亮;先进PID算法研究及其在开口闪点仪温控系统中的应用[D];山东科技大学;2010年
3 王垚;液体离心机控制方案设计与实现[D];郑州大学;2010年
4 杨书显;基于PSO算法的氧乐果合成过程建模与控制研究[D];郑州大学;2010年
5 李长鹏;基于CSTR温度系统的模糊神经网络预测控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 王岩;智能建模和模糊广义预测控制研究及在船舶减纵摇控制中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 刘鹏;直流蒸汽发生器压力控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 史大伟;宽频调速系统设计及精度分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 谢笑颖;环境最优船舶区域动力定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 丁春辉;基于神经内模控制算法的船舶蒸汽动力装置协调控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马俊英,罗元浩,潘立登;用改进的NLJ方法辨识闭环系统的模型参数及滤波器设计[J];北京化工大学学报(自然科学版);2003年04期
2 解仑,王志良,永井正武,刘寰,赵涛;基于神经元控制器的交流伺服系统[J];北京科技大学学报;1998年06期
3 何大庆,石红生;基于神经网络的PID控制在陀螺稳定平台中的应用[J];电光与控制;1999年04期
4 邹健,陈嘉陵,诸静;基于启发式遗传算法的非线性神经网络预测控制器[J];工业仪表与自动化装置;2002年01期
5 谢成祥,曾庆军,许德;交流伺服系统的串级滑模变结构控制仿真研究[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2001年01期
6 龚剑平,朱凤成;SOPDT模型不确定性界及其在内模控制器设计中的应用[J];化工学报;2001年05期
7 金晓明,王树青,荣冈;先进控制技术及应用 第五讲 预测函数控制(PFC)——一种新型预测控制策略[J];化工自动化及仪表;1999年06期
8 荣冈,蔡咏松,胡红页;简化预测函数控制在重整反应加热炉中的应用[J];化工自动化及仪表;1999年02期
9 吴坚刚,张素贞,蒋慰孙;乙苯脱氢反应器系统的优化控制[J];华东化工学院学报;1986年S1期
10 潘红华,苏宏业,胡剑波,褚健;预测函数控制及其在导弹控制系统中的应用[J];火力与指挥控制;2000年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 苏成利;非线性模型预测控制的若干问题研究[D];浙江大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈本松;;基于现代工业过程控制的预测函数控制[J];湖南文理学院学报(自然科学版);2007年02期
2 张泉灵,王树青;基于ARMAX模型自适应预测函数控制[J];信息与控制;2000年05期
3 张泉灵,王树青;化学反应器温度跟踪预测函数控制的研究及应用[J];控制理论与应用;2001年04期
4 张泉灵,王树青;基于Hammerstein模型的非线性预测函数控制[J];浙江大学学报(工学版);2002年02期
5 王繁珍;陈增强;林霞;孙青林;袁著祉;;基于CARIMA模型的PFC与GPC的等价性[J];东南大学学报(自然科学版);2006年S1期
6 张培建;吴建国;;基于特征模型的预测函数控制的仿真研究[J];系统仿真学报;2008年10期
7 张培建;梅杨;;非线性预测函数控制研究与应用[J];电力自动化设备;2008年12期
8 陆平;顾子明;郭汉清;;新型预测函数控制及其在电加热炉中的应用[J];信息技术;2009年08期
9 张培建;吴建国;;基于在线辨识的特征模型预测函数控制研究[J];计算机仿真;2010年11期
10 吴建国;费敏锐;张培建;盛海明;;基于特征模型的预测函数控制[J];上海大学学报(自然科学版);2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 罗屏;;DCS技术在水电站闸门启闭机控制的实现与策略[A];重庆市电机工程学会2010年学术会议论文集[C];2010年
2 唐洁吉;施波;;DCS系统中的设备管理解决方案[A];中国计量协会冶金分会2010年会论文集[C];2010年
3 沈家明;;集散控制系统(DCS)的可靠性分析[A];中国计量协会冶金分会2010年会论文集[C];2010年
4 彭忠;;国产大型二氧化氯制备装置与国产DCS系统良好集成[A];中国造纸学会第十五届学术年会论文集[C];2012年
5 纪亚非;许征洋;刘洋;张宇;马文智;;国产DCS首次在水电站控制系统的应用[A];水电站机电技术研讨会论文集[C];2010年
6 常欣;;宣钢2500M~3高炉DCS系统功能的深入开发和利用[A];2010年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集(下)[C];2009年
7 张鹏;;提高DCS仿真培训系统的通用性[A];'2000系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2000年
8 王晓宇;牛旭凤;邢跃;;ABB DCS在宣钢5~#高炉炼铁生产中的应用[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年
9 赵西道;刘冬峰;;130万吨硫酸DCS控制系统中的关键控制技术[A];2011中国有色金属行业仪表自动化学术会议论文集[C];2011年
10 吴颐轩;刘元彪;王健;;HydroCOM气量无级调节系统在DCS中的应用浅析[A];低碳经济与科学发展——吉林省第六届科学技术学术年会论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 小武;格柏振动刀技术裁床DCS2600上市[N];中国服饰报;2010年
2 原平化学工业集团公司 于宁;浅谈煤化工DCS提高[N];山西科技报;2010年
3 ;就是想在DCS上做点事[N];中国石化报;2009年
4 尹起浩;齐鲁石化DCS实训装置作用凸显[N];中国石化报;2010年
5 张小燕;细微处见工夫 规范中扬个性[N];中国石化报;2010年
6 郑朝松;北京广利核DCS系统测试通过验收[N];中国工业报;2010年
7 本报记者 谢丽容;DCS:基站节能新武器[N];通信产业报;2009年
8 《网络世界》记者 杨坤;戴尔DCS 推动数据中心迈向云架构[N];网络世界;2011年
9 乌志文;永昌发电改扩建工程首台机组DCS系统带电成功[N];中国工业报;2009年
10 郭学宏;采用DCS对生料库底流量阀进行控制的实践[N];中国建材报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴建国;基于特征模型的预测函数控制及应用研究[D];上海大学;2009年
2 曾静;聚合反应过程的分布式模型预测控制策略研究[D];东北大学;2008年
3 张日东;非线性预测控制及应用研究[D];浙江大学;2007年
4 郑毅;加速冷却过程的模型预测控制[D];上海交通大学;2010年
5 张智焕;复杂系统预测控制算法及其应用研究[D];浙江大学;2002年
6 冯少辉;模型预测控制工程软件关键技术及应用研究[D];浙江大学;2003年
7 高丰光;尼古丁刺激DCs抗肿瘤机制及肿瘤微环境DCs失能研究[D];上海交通大学;2008年
8 郭健美;基于共性与可变性分析的适应性软件复用与配置技术研究[D];上海交通大学;2011年
9 王国玉;预测函数控制及其在火电厂中的应用研究[D];华北电力大学(河北);2004年
10 张俊;特征模型驱动的软件开发方法及相关技术研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李红娇;DCS系统下组态软件的设计与实现[D];北京交通大学;2010年
2 李功卿;DCS现场控制站控制软件研究与实现[D];杭州电子科技大学;2011年
3 缪童;DCS在大型火力发电厂的应用[D];山东大学;2010年
4 王健;基于DCS数据采集及上层应用系统的开发[D];北京化工大学;2010年
5 王磊;DCS在预处理工序中的设计应用[D];太原理工大学;2010年
6 魏莉莉;工业锅炉DCS系统设计与控制方法研究[D];兰州理工大学;2011年
7 张建波;基于神经网络的非线性多变量解耦控制在DCS中的应用研究[D];华北电力大学(北京);2011年
8 周星;电站热工系统自抗扰控制技术及其在DCS中的应用研究[D];华北电力大学(北京);2010年
9 李志刚;DCS控制接线设计的研究与实现[D];上海交通大学;2010年
10 江东泽;DCS安全性评估及可靠性分析[D];华北电力大学(北京);2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026