基于機(jī)理模型的雙層結(jié)構(gòu)工業(yè)預(yù)測控制算法的研究.pdf

1、模型預(yù)測控制算法由于具有模型預(yù)測、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正的鮮明特點(diǎn)，成為目前公認(rèn)的處理復(fù)雜過程多變量約束控制的有效算法。本文從機(jī)理模型特點(diǎn)出發(fā)，研究了非線性模型預(yù)測控制算法的動(dòng)態(tài)無偏性和多目標(biāo)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化技術(shù)，構(gòu)造出了帶觀測器的雙層結(jié)構(gòu)無偏預(yù)測控制算法，并以典型的單元裝置精餾塔模型為實(shí)例進(jìn)行了控制性能的分析。
　　本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　針對機(jī)理模型預(yù)測控制算法的特點(diǎn)，提出了一種具有無偏性的模型預(yù)測控制算法。該算法通過對狀

2、態(tài)進(jìn)行增廣建立擾動(dòng)模型，設(shè)計(jì)擴(kuò)展卡爾曼觀測器實(shí)現(xiàn)對增廣狀態(tài)的估計(jì)，通過引入的擾動(dòng)模型的觀測實(shí)現(xiàn)無偏控制。預(yù)測控制算法的動(dòng)態(tài)優(yōu)化采用有限元正交配置法將優(yōu)化命題進(jìn)行離散化，進(jìn)而將動(dòng)態(tài)優(yōu)化命題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題，采用Radau點(diǎn)作為配置點(diǎn)保證了模型離散化的精度。
　　針對工業(yè)應(yīng)用中的需求，采用目前普遍使用的線性雙層預(yù)測控制算法的結(jié)構(gòu)，提出了一種針對機(jī)理模型的多目標(biāo)分層穩(wěn)態(tài)優(yōu)化算法。該算法按優(yōu)先級別分別對系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析，對經(jīng)濟(jì)目標(biāo)

3、和工作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化;通過優(yōu)化求解上一級優(yōu)化子命題，將求解出的輸入輸出的可行域作為約束施加到下一級優(yōu)化子命題中，從而保證級別高的優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)先滿足。以CSTR對象仿真驗(yàn)證算法的有效性。
　　在對精餾塔機(jī)理模型仿真分析的基礎(chǔ)上，提出了一種實(shí)現(xiàn)精餾過程雙組分控制的預(yù)測控制方案。采用基于機(jī)理模型的雙層結(jié)構(gòu)預(yù)測控制算法，利用擴(kuò)展卡爾曼觀測器通過溫度觀測組分，實(shí)現(xiàn)組分的估計(jì)與快頻校正，同時(shí)結(jié)合組分自身的慢頻校正共同修正組分。對精餾塔模型進(jìn)行進(jìn)料量