收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

有约束线性滚动时域估计及其应用

赵海艳  
【摘要】:在实际的应用中,系统的真实状态有时是不可测的。所以,我们需要根据 测量输出信息来重构系统的状态,这种方法也可称之为“估计”。众所周知, 卡尔曼滤波方法是状态估计的一种经典方法,现有的一些有关线性卡尔曼滤波 理论的结论已经非常成熟,如稳定性等。它假设过程干扰和测量噪声都是高斯 分布的零均值随机变量,根据当前最新得到的测量数据以及前一时刻的状态估 计通过递推公式得到该时刻的状态估计值。这种递推解的结构不仅使计算大大 简化,易于实现,而且已证明它就是在无约束情况下最小方差意义下的最优解。 但是,卡尔曼滤波不能处理时域硬约束,从而忽略了可能提高估计性能的实际 系统中存在的有用的信息。为了能处理各类约束,我们可以考虑一下在线优化 问题。 本文主要讨论了有约束线性滚动时域的估计策略。基于估计问题是控制问 题的对偶问题这一事实,模型预测控制的成功引起了许多学者采用在线优化策 略去研究带有约束的状态估计问题的兴趣。模型预测控制(Model Predictive Control,简称MPC)也称滚动时域控制(Moving Horizon Control)或后退时域控制 (Receding Horizon Control,简称 RHC),其最初意图是充分利用计算机日益强大 的计算能力来提高对过程控制中约束多变量不确定性系统的控制效果。作为一 种反馈控制策略,它最大的优点之一就是能优化且显式地处理被控系统的约束 条件,并使之动态满足。目前,从理论上讲,模型预测控制发展得相当成熟。 并广泛应用在现实的工业中,取得了非常大的成功。此外,通过系统输出测量 值来估计状态变量的信息在有不等式约束的情况下也是可行的。然而为了防止 出现卡尔曼滤波那样的递推解和随着时间的增长导致状态估计问题变得越来 越复杂,所以我们有必要明确地阐述不等式约束的线性状态估计问题,为了限 58 WP=64 摘要 制问题的大小,可以考虑一下有约束线性状态估计策略。事实上,滚动时域估 计(Moving Horizon Estimation,简称 MHE)就得益于模型预测控制理论的发展。 滚动时域估计的基本策略就是将状态估计问题化为一个二次规划问题。无论从 求解的数学方法,还是从解决的工具来讲,二次型问题都已得到了很好的解决。 另外,当今计算能力的日益强大使它在计算上不能成为问题。最为重要的,求 解二次型问题可以很好地将约束融合进去。如果这种方法考虑了起始时刻到当 前时刻的所有可用的测量数据,优化问题的大小将随时刻的增长而增大,也就 是说是无限记忆的,我们定义它为全信息滚动时域估计(Full Information MHE)。但是,随着时间的推移,可用的测量数据越来越大,优化问题将越来 越大,甚至达到不可解。这时,我们就需要限定优化问题的大小,即只考虑当 前时刻以前固定数量的数据,其他的数据对估计的影响用一种方法来惩罚,就 象一个滚动的观测窗口,这就是滚动时域估计方法基本思想。采用什么样的惩 罚方式是MHE的核心问题,也是这种方法优于其他状态估计方法的关键所在。 在本文论述中,我们引进了到达代价(arrive cost)的概念和方法。当估计器 采用当前时刻以前固定数量的最新测量数据,剩余的那些旧的输出数据对代价 函数的影响就用到达代价来惩罚,它的选取对估计效果有非常大的影响。若没 有约束,可得到到达代价的解析解,本文利用卡尔曼滤波方法得到到达代价的 近似解。 虽然基于优化的估计问题并不是近年来提出来的,但考虑约束条件并把该 估计策略应用于实际中确是最近的事实。在实际中,滚动时域估计器问题可以 应用于系统的状态跟踪、过程监控以及设备检漏上。接着将详细讨论滚动时域 估计在理论与实际方面的应用,并给出有约束滚动时域估计的稳定性的充分条 件及结论。主要目的就是要考察一下时变的或者是稳态的卡尔曼滤波协方差经 校正之后能否总括这些最优数据,甚至在有约束存在的情况下估计器在观测意 义上是否稳定。同时我们也讨论了有关平滑校正方面的一些理论知识并用一些 例子来阐明这些观点。 59 WP=65 吉林大学硕士学位论文 本文的研究工作由吉林省杰出青年基金项目“新型非线性预测控制方法的 理论与应用研究及有关产品化控制软件的开发”资助。 60


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 崔吉业;田学民;;模型预测控制性能评价的一种改进方法[J];鞍山科技大学学报;2007年04期
2 焦巍;刘光斌;;非线性模型预测控制的智能算法综述[J];系统仿真学报;2008年24期
3 李正强;张怡哲;邓建华;陈琪;;基于模型预测控制的非线性飞行控制系统研究[J];飞行力学;2009年01期
4 席裕庚;李德伟;林姝;;模型预测控制——现状与挑战[J];自动化学报;2013年03期
5 彭勇刚;韦巍;王均;;时滞约束系统的神经动态优化模型预测控制[J];仪器仪表学报;2013年05期
6 徐利新,欧阳咸泰,胡中功,文小玲;模型预测控制在工业控制领域中的发展与应用[J];武汉化工学院学报;2001年01期
7 赵均,李田鹏,钱积新;模型预测控制工程软件关键技术及其工业应用[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
8 李志军;刘吉臻;谭文;;饱和约束系统的鲁棒模型预测控制[J];控制与决策;2006年06期
9 王锋;张启平;郭锦标;孟祥德;;可实现多种控制目标的模型预测控制新算法[J];计算机与应用化学;2008年06期
10 王磊;文成林;;基于协作的分布式估计算法及在模型预测控制中的应用[J];清华大学学报(自然科学版);2008年S2期
11 张聚;王槊华;王万良;;显式模型预测控制及其在电梯机械系统振动控制中的应用[J];信息与控制;2009年01期
12 托加索夫 Yu A;;工业反应蒸馏塔的鲁棒模型预测控制(英文)[J];沈阳化工学院学报;2009年01期
13 陈文博;杨春节;曹柬;何川;;模型预测控制策略的供应链库存与生产优化调度方法[J];现代制造工程;2009年05期
14 冯立;杨宏远;;基于模型预测控制的反应再生工艺控制实现[J];广东化工;2011年12期
15 冯立;;基于模型预测控制的反应再生工艺控制实现[J];石油化工应用;2012年01期
16 冯立;;基于模型预测控制的反应再生工艺控制实现[J];上海化工;2012年02期
17 王献忠,杜维;模型预测控制发展概况[J];自动化与仪器仪表;1999年04期
18 邹涛;王丁丁;潘昊;苑明哲;季忠宛;;从区间模型预测控制到双层结构模型预测控制[J];化工学报;2013年12期
19 薛鹏;陈素霞;;指尖平衡倒立棒的无模型预测控制方法分析[J];计算机仿真;2013年11期
20 华晓旭;;民航航材库存模型预测控制研究[J];自动化与仪表;2014年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周帝;赵可君;;模型预测控制中的硬约束松化研究[A];全国冶金自动化信息网2014年会论文集[C];2014年
2 杨马英;;模型预测控制的性能监视与评价——综述[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
3 武俊峰;王振英;;基于状态观测器的约束鲁棒模型预测控制[A];04'中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C];2004年
4 周明;周坚刚;余达太;;钢铁企业模型预测控制技术综述[A];冶金轧制过程自动化技术交流会论文集[C];2005年
5 张聚;张海华;;时延网络控制系统的显式模型预测控制[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
6 罗秋滨;韩志刚;朱宏;;非线性系统的无模型预测控制方法[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009年
7 付庆华;曹玉强;;基于模型预测控制的快速温度调节器[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
8 李柠;李少远;席裕庚;;pH中和过程的多模型预测控制[A];第二十届中国控制会议论文集(上)[C];2001年
9 袁景淇;任海涛;王明珠;任乐民;;基于模型的重组酵母碳源流加速率控制[A];第二十一届中国控制会议论文集[C];2002年
10 周洪亮;刘志远;;基于模型预测控制的车辆横摆稳定控制器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 岳俊红;复杂工业过程多模型预测控制策略及其应用研究[D];华北电力大学(北京);2008年
2 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
3 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
4 孙峻;非线性模型预测控制理论及应用研究[D];西北工业大学;2002年
5 李志军;约束模型预测控制的稳定性与鲁棒性研究[D];华北电力大学(北京);2005年
6 田翔;模型预测控制并行计算系统研究[D];浙江大学;2007年
7 包哲静;支持向量机在智能建模和模型预测控制中的应用[D];浙江大学;2007年
8 石宇静;复杂工业过程模型预测控制的研究[D];东北大学 ;2009年
9 Haider Sajjad Ali;含非平稳干扰的模型辨识及其在模型预测控制中的应用[D];重庆大学;2014年
10 许芳;快速模型预测控制的FPGA实现及其应用研究[D];吉林大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王槊华;显式模型预测控制的研究及应用[D];浙江工业大学;2009年
2 刘江;显式模型预测控制及其在非线性控制中的应用[D];浙江工业大学;2010年
3 袁新宇;模型预测控制及其应用研究[D];浙江大学;2002年
4 崔吉叶;模型预测控制系统性能评价方法的研究[D];中国石油大学;2007年
5 万森林;显式模型预测控制多尺度近似方法及其应用[D];浙江工业大学;2013年
6 秦婷;显式模型预测控制及在运动体控制中的应用[D];浙江工业大学;2013年
7 盛剑会;模型预测控制系统分析与集成[D];南京气象学院;2004年
8 谢碧锋;显式模型预测控制实验平台构建及实验方法研究[D];浙江工业大学;2011年
9 杨圆圆;模型预测控制研究与应用[D];大庆石油学院;2006年
10 丁靖;显式模型预测控制及其在电力电子及电力系统中的应用[D];浙江工业大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 孙长生;国内热工自动调节优化系统应用的主要厂家评析[N];中国电力报;2012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
  • 010-62982499
  • 010-62783978