基于半實物仿真技術(shù)的模型預測控制研究與實現(xiàn).pdf

1、伴隨著流程工業(yè)過程控制系統(tǒng)復雜程度的不斷提升，生產(chǎn)質(zhì)量、經(jīng)濟效益、環(huán)境安全等問題的引入，模型預測控制技術(shù)的提出與發(fā)展為解決此類復雜控制問題提供了幫助。模型預測控制對模型要求低，結(jié)合反饋校正方式在有限時域內(nèi)滾動優(yōu)化，從而取代傳統(tǒng)的最優(yōu)控制。對于模型預測控制的研究工作可借助計算機仿真手段了解控制效果，但脫離了實際工業(yè)環(huán)境，為控制器的設(shè)計應用帶來阻礙。另一方面，模型預測控制策略通常需借助于集散控制系統(tǒng)，但考慮到企業(yè)經(jīng)濟性、安全性等多方面問題，

2、模型預測控制策略的設(shè)計、分析等需大量的前期仿真驗證與測試工作。此外，動態(tài)矩陣控制被過程工業(yè)廣泛應用，面對不可測擾動，其采用反饋校正方式，利用輸出階躍擾動修正預測模型以此解決擾動抑制問題，缺乏對擾動的預測能力，并針對其他環(huán)節(jié)的擾動以及帶有噪聲的情況下，無法快速、有效的抑制。因此，針對上述問題，本文主要利用半實物仿真技術(shù)進行模型預測控制研究以及采用卡爾曼濾波器結(jié)合模型預測控制用于提高擾動抑制能力，其主要研究工作如下:
　　采用真實的硬

3、件控制器與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建集散控制系統(tǒng)，以甲醇生產(chǎn)工藝開發(fā)出計算機仿真模型作為被控系統(tǒng)，構(gòu)建了流程工業(yè)綜合自動化半實物仿真系統(tǒng)。針對單變量與多變量控制系統(tǒng)，對動態(tài)矩陣控制算法詳細分析，以單容水箱與精餾塔為典型單元進行前期仿真分析了解控制效果。利用仿真分析結(jié)果，借助半實物仿真系統(tǒng)硬件控制器，結(jié)合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)采集計算機仿真模型中的過程數(shù)據(jù)，以此用于動態(tài)矩陣控制器的設(shè)計。在半實物仿真環(huán)境下，將動態(tài)矩陣控制器應用于計算機仿真模型中的流量控制

4、單元與精餾塔控制單元，最大程度的模擬了模型預測控制的實際控制效果，充分驗證在半實物仿真環(huán)境下模型預測控制研究與應用的可行性。
　　為解決傳統(tǒng)模型預測控制在擾動抑制方面的局限性，提出以狀態(tài)空間模型描述被控對象，采用以狀態(tài)空間模型對被控系統(tǒng)未來有限時域進行預測。將擾動模型增廣為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，利用卡爾曼濾波器對系統(tǒng)狀態(tài)變量有效估計的優(yōu)點，對增廣狀態(tài)變量進行估計。從而實現(xiàn)了對被控系統(tǒng)擾動特性的預測能力，充分考慮了由于擾動作用對被控系統(tǒng)的