基于频域的预测控制分析与设计及其应用

【摘要】： 本文首先概述了时间域控制理论和频率域控制理论的发展过程,对近年来自适应控制和预测控制领域的研究成果进行了评述。然后,基于频率域理论,对β增量型广义预测控制的分析与设计方法,以及多变量广义预测控制稳定性问题进行了深入研究,并将研究的成果与实际问题相结合。 本文的主要工作有: (1)推导了β-GPC的闭环反馈结构,得出β-GPC的闭环传递函数和反馈回路的开环传递函数,及其递推公式,并证明了GPC闭环传递函数特征多项式常数项系数为0。讨论了β参数在闭环传递函数中的意义。提出了β-GPC基于闭环传递函数的稳定性定理。 (2)提出了基于频域法的β-GPC稳定性判据。提出了基于频域法的β-GPC控制器设计方法。该方法以系统稳定性为目标,指导控制器参数设计,很大程度上克服了盲目性。有重要的工程实际意义。 (3)首次在工业实际控制中成功采用β-GPC算法,特别是采用频域法实现β参数的设计,可以定量分析并形象地图示β参数对系统稳定性的影响。同时在工业现场实现了红外测温在线软件自动补偿的方法,克服因辐射率变化对检测温度的影响。可使用单色测温仪准确测量物体在不同辐射率下的温度。 (4)提出了基于频域的多变量广义预测控制(MIMO-GPC)稳定性分析方法,推导了MIMO-GPC的闭环反馈结构,给出了基于闭环特征多项式的MIMO-GPC的稳定性判据。可作为MIMO-GPC控制器参数设计的重要依据。 (5)提出了一个新的MIMO-GPC的快速算法。这种算法并不需要求解Diophantine方程及进行矩阵求逆运算。并首次引入去耦合因子,以消除多变量系统的不同回路间耦合作用的影响。