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典型过程控制系统广义预测控制快速算法的研究

许敏  
【摘要】: 预测控制是一种基于模型的计算机控制算法,是70年代发展起来的一种新型的控制算法,它克服了现代控制理论在工业生产过程中的诸多困难,在工业过程中显示出巨大的魅力,这是因为其基本原理对于复杂工业环境的适应性。随着日益增长的计算机发展技术,预测控制也有了实现工具,更加有利于预测控制的推广和发展。 但是,推广到实际工业过程系统,对于一般的典型工业系统,其结构并不复杂,大多数可以描述为一阶或二阶系统加纯滞后环节,对于这种情况,以预测控制的分支之一广义预测控制考虑,其矩阵的计算量将很大,特别是矩阵的求逆运算,如果是多变量系统,计算量更大,因此,很不适合工业过程中一些要求快速,实时的系统,针对这种情况,提出一种快速的广义预测控制算法是很有必要的,该在保证稳定性的同时,也需要使系统具有强鲁棒性。本文的主要工作就是针对典型工业过程控制系统,开发一种类似于PID结构的控制器,使其计算量小,结构简单,参数易于调整,并且具有较强的鲁棒性。全文共分为五章,主要内容和结论如下: 第一章:简要回顾了预测控制的基本原理并对当前三种典型算法:模型算法控制、广义预测控制和滚动时域控制进行了评述,尤其对广义预测控制算法进行了详细的叙述,详细地介绍了广义预测控制算法直接、间接算法和其他各类算法。最后阐述了一些典型工业工程中的应用及相应的软件包。 第二章:详细阐述了标准广义预测控制算法,并推导了其中的矩阵计算和优化策略,分析了其中参数对性能指标的影响以及标准广义预测控制算法的局限性。 第三章:针对典型工业过程控制中大系数系统均可用一阶或二阶加纯滞后环节来描述,提出一种快速的广义预测控制算法,其控制器类似于PID控制器,参数数目较少,易于调节,并且省略了一些繁琐的矩阵运算。 第四章:针对实际现场中存在一些不确定因素,包括模型不确定性与其参数不确定性进行了分析,并在频域内阐述了两种不确定因素对系统性能指标的影响,还讨论了第三章算法的鲁棒性问题,证明了为获得强鲁棒性,各种干扰源(包括了相加型干扰源和相乘型干扰源)的有效范围。仿真结果体现了各种干扰源对鲁棒性的影响。 典型过程控制系统广义预测控制快速算法的研究 第五章:结论与展望,给出本文主要的结论以及所作的工作,提出了存在 的进一步研究的问题和方向。 作为一种新型的计算机控制方法,广义预测控制对于将来的工业过程控制 卯 必将产生重要影响,因此加强广义预测控制的应用研究必将成为一个非常有前 景的研究课题。


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