分散式控制系統(tǒng)的性能評(píng)估與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、流程行業(yè)中，大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)普遍存在。典型的化工生產(chǎn)過(guò)程，通常是由一系列相互作用的子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)之間存在著復(fù)雜的物料流，能量流以及信息流。理論上，集中式控制結(jié)構(gòu)能夠取得最優(yōu)的性能。但由于結(jié)構(gòu)，通信，計(jì)算等因素的限制，大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)通常難以采用集中式控制結(jié)構(gòu)。工業(yè)實(shí)際中，廣泛采用分散式控制結(jié)構(gòu)，以提高控制系統(tǒng)的可操作性。然而，分散式控制系統(tǒng)是通過(guò)忽略各子系統(tǒng)間的相互作用以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這必然會(huì)導(dǎo)致整體控制性能的下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定

2、。如何選擇合適的控制結(jié)構(gòu)，并且評(píng)估當(dāng)前控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，就需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估。近年來(lái)，控制系統(tǒng)性能評(píng)估已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，目前主要的研究集中于單變量控制器或集中式控制系統(tǒng)的性能評(píng)估，而分散式控制系統(tǒng)的性能評(píng)估并未受到足夠的關(guān)注。本文以系統(tǒng)狀態(tài)與輸入的二次函數(shù)為性能指標(biāo)，對(duì)線性控制系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估，主要貢獻(xiàn)和工作如下:
　　 (1)在狀態(tài)反饋的情況下，提出了一種有效的分散式線性二次狀態(tài)反饋控制(LQR)問(wèn)題求解策略。

3、利用基于LMI的系統(tǒng)H2性能參數(shù)化方法表述LQR問(wèn)題，從而可以顯式的表達(dá)分散式系統(tǒng)的塊對(duì)角結(jié)構(gòu)約束。針對(duì)基于LMI的分散式LQR問(wèn)題，提出了一種迭代策略，通過(guò)反復(fù)迭代求解原問(wèn)題的兩個(gè)簡(jiǎn)化問(wèn)題，快速收斂到原問(wèn)題的局部最優(yōu)解。本文提出的迭代方法可以有效處理線性矩陣不等式中的塊對(duì)角約束，顯著降低了目前已有求解分散式LQR基準(zhǔn)方法的保守性。
　　 (2)在輸出反饋的情況下，將分散式LQR問(wèn)題的求解推廣到分散式LQG問(wèn)題的求解。根據(jù)分離定

4、理，LQG問(wèn)題可以拆分為兩個(gè)獨(dú)立的問(wèn)題:一個(gè)LQR問(wèn)題與一個(gè)狀態(tài)觀測(cè)問(wèn)題。本文采用基于LMI的方法設(shè)計(jì)分散式狀態(tài)觀測(cè)器，利用與分散式LQR問(wèn)題類似的迭代策略，處理分散式狀態(tài)觀測(cè)器問(wèn)題中的塊對(duì)角結(jié)構(gòu)約束，得到分散式卡爾曼濾波增益。通過(guò)分別求解分散式LQR問(wèn)題與分散式狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，就可以求解分散式LQG問(wèn)題。
　　 (3)將分散式LQG基準(zhǔn)用于分散式控制系的控制與經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估。提出了基于LMI的分散式系統(tǒng)控制性能評(píng)估方法。基于LMI