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多变量预测函数控制技术及应用研究

赵江  
【摘要】:模型预测控制(MPC)是现代控制理论在工业过程控制中成功应用的典范,而预测函数控制(PFC)是这一方法最新的研究领域之一。本文结合工程实际问题对预测函数控制进行了研究,提出了一种预测函数控制的多变量直接控制律算法,并针对实际过程进行了仿真研究。论文的主要研究工作内容如下: 1.综述了预测控制和预测函数控制的发展历程、基本原理,概述了预测函数控制的研究现状和多变量系统的研究情况。 2.从预测模型、反馈校正和优化控制三方面对预测函数控制基本原理进行了系统的阐述并针对一阶加纯滞后对象推导了单变量预测函数控制的基本算法。在参考内模控制原理的基础上,对预测函数控制的闭环性能进行了分析。 3.针对工业过程中大量存在的多变量控制系统,分析了多变量系统数学模型的分类,提出了一种PFC多变量直接控制律算法。详细推导了基于传递函数模型的一阶加纯滞后对象多变量预测函数控制算法(MPFC),并通过仿真研究进行了算法的有效性和鲁棒性验证。仿真结果说明了多变量预测函数控制算法的有效性和实用性。 4.针对两个实际的多变量工业过程,包括精馏塔控制和抄纸过程的定量水分控制,使用多变量预测函数控制算法对其进行了仿真验证。仿真结果表明:应用多变量预测函数控制方法能够得到满意的控制效果,该算法具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。而且系统设计方法比较简单,能够方便地用于实际工业控制中。 最后总结了全文的工作,并对预测函数控制的进一步研究进行了展望。


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