基于模型預(yù)測的多變量過程控制方法研究.pdf

1、實際工業(yè)生產(chǎn)過程大多數(shù)是多變量系統(tǒng)，由于多變量系統(tǒng)的各個被調(diào)量之間存在不同程度的耦合，因而使系統(tǒng)難以控制。為了提高工業(yè)過程控制品質(zhì)，對多變量系統(tǒng)的控制策略進行研究顯得尤為重要。對多變量系統(tǒng)的控制主要有兩種控制方法，一種是解耦控制方法，另一種是直接控制方法。解耦控制方法復(fù)雜度較高，難以實現(xiàn)，所以在實際中廣泛使用直接控制方法。預(yù)測控制是一種有代表性的直接控制方法，它集優(yōu)化、約束和補償為一體，非常適合于多變量系統(tǒng)的控制。因此，本文以預(yù)測控制算

2、法為基礎(chǔ)，對多變量系統(tǒng)的控制方法進行了研究。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)研究了一種基于單神經(jīng)元的預(yù)測控制算法。為了改善傳統(tǒng)預(yù)測控制算法對預(yù)測信息處理的不足，將單神經(jīng)元PID控制引入到預(yù)測控制算法中，研究了一種單神經(jīng)元預(yù)測控制算法，從而實現(xiàn)對預(yù)測誤差的補償。該算法的基本思想是利用動態(tài)矩陣控制中的預(yù)測模型去預(yù)測系統(tǒng)未來幾步的輸出，進行反饋校正，將校正后的預(yù)測值作為反饋信號與設(shè)定值進行比較，取所得誤差作為單神經(jīng)元PID控制器的輸入

3、狀態(tài)變量。最后，分別使用單神經(jīng)元預(yù)測控制、單神經(jīng)元PID控制對某冷熱水系統(tǒng)進行控制，仿真結(jié)果表明該單神經(jīng)元預(yù)測控制算法具有調(diào)節(jié)時間短、魯棒性好等優(yōu)點。
　　(2)采用正交粒子群優(yōu)化算法整定動態(tài)矩陣控制參數(shù)。動態(tài)矩陣控制算法參數(shù)較多，且參數(shù)之間存在關(guān)聯(lián)，不同的參數(shù)組合會影響控制效果。為了克服使用試湊法調(diào)節(jié)動態(tài)矩陣控制參數(shù)比較繁瑣且費時，以及傳統(tǒng)粒子群優(yōu)化算法易陷入局部最優(yōu)解的問題，采用一種改進正交粒子群優(yōu)化算法整定動態(tài)矩陣控制的參數(shù)

4、。最后，以某抄紙過程水分定量系統(tǒng)作為仿真對象，分別采用該算法和標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化算法對動態(tài)矩陣控制參數(shù)進行整定，仿真結(jié)果表明使用該算法整定動態(tài)矩陣控制參數(shù)時，閉環(huán)系統(tǒng)具有魯棒性好的特點。
　　(3)研究了一種基于擴張狀態(tài)觀測器的預(yù)測控制算法。為了解決由于被控對象狀態(tài)信息不可測且存在不確定因素，而導(dǎo)致預(yù)測控制算法控制效果變差甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，將擴張狀態(tài)觀測器與動態(tài)矩陣控制算法相結(jié)合，研究了一種基于擴張狀態(tài)觀測器的預(yù)測控制算法。該算

5、法的基本思想是使用擴張狀態(tài)觀測器觀測被控對象的參數(shù)攝動以及外部擾動，根據(jù)其等效作用量調(diào)整動態(tài)矩陣算法得到的系統(tǒng)的控制輸入。最后，分別使用該算法和動態(tài)矩陣控制算法對某冷熱水系統(tǒng)進行控制，仿真結(jié)果表明該算法具有魯棒性強、抗干擾性好的優(yōu)點。
　　(4)研究了基于擾動觀測器的預(yù)測控制算法。為了抑制外部擾動和由于模型失配及變量之間的耦合導(dǎo)致的內(nèi)部擾動，將擾動觀測器與動態(tài)矩陣控制相結(jié)合對系統(tǒng)進行控制，從而提高系統(tǒng)閉環(huán)控制精度及抗干擾能力，加快