時(shí)變時(shí)延系統(tǒng)動(dòng)態(tài)矩陣控制算法的分析與設(shè)計(jì).pdf

1、在很多自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)現(xiàn)象中，系統(tǒng)在當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)變化率依賴(lài)于過(guò)去時(shí)刻的狀態(tài)信息，這種特性被稱(chēng)之為時(shí)延特性。人們很早便注意到生物現(xiàn)象中的時(shí)延現(xiàn)象，后來(lái)發(fā)現(xiàn)很多工程系統(tǒng)如機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、流體傳輸系統(tǒng)、冶金工業(yè)過(guò)程以及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，均大量存在時(shí)延現(xiàn)象，進(jìn)而將具有時(shí)延的系統(tǒng)稱(chēng)為時(shí)延系統(tǒng)(Time Delay Systems，TDS)。由于受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和外部擾動(dòng)等因素的影響，時(shí)延可能呈現(xiàn)出時(shí)變、有界或隨機(jī)等不同特性，這使得對(duì)時(shí)延系統(tǒng)的研究變得更為

2、復(fù)雜和困難。同時(shí)，時(shí)延是造成系統(tǒng)性能下降以及不穩(wěn)定的主要因素之一，因此，時(shí)延問(wèn)題是在時(shí)延系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題。
　　 動(dòng)態(tài)矩陣控制(Dynamic Matrix Control，DMC)算法是一種典型的預(yù)測(cè)控制方法，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能良好和應(yīng)用靈活等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。DMC算法采用多步模型預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正策略實(shí)施在線(xiàn)優(yōu)化控制。在當(dāng)前時(shí)刻，DMC算法通過(guò)優(yōu)化性能指標(biāo)得到系統(tǒng)在未來(lái)時(shí)刻的控制量，則將DMC算法應(yīng)

3、用于時(shí)延系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過(guò)程中，可將時(shí)延系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻控制量表示為包含時(shí)延信息的之前時(shí)刻控制量的函數(shù)形式，從而為研究系統(tǒng)的時(shí)延問(wèn)題提供了一種新的出發(fā)點(diǎn)。
　　 近年來(lái)，基于預(yù)測(cè)控制方法對(duì)時(shí)延系統(tǒng)的研究成為控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題，并取得了豐富的研究成果。本文基于動(dòng)態(tài)矩陣控制算法，對(duì)一類(lèi)具有時(shí)變時(shí)延的多輸入多輸出系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，并研究了時(shí)變時(shí)延系統(tǒng)DMC算法的穩(wěn)定性問(wèn)題。主要工作和研究成果可歸納為：
　　 首先，研究了一類(lèi)

4、具有時(shí)變時(shí)延的多輸入多輸出系統(tǒng)DMC算法的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析問(wèn)題。通過(guò)在時(shí)變時(shí)延系統(tǒng)中設(shè)置適當(dāng)時(shí)間長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)緩存器，將時(shí)變時(shí)延轉(zhuǎn)化為其確定的時(shí)延上界。進(jìn)一步，利用DMC算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)優(yōu)化性能指標(biāo)函數(shù)得到時(shí)變時(shí)延DMC算法的最優(yōu)控制律，將增廣后的最優(yōu)控制律表示為具有狀態(tài)空間形式的模型結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，利用LMI方法得到了時(shí)變時(shí)延DMC算法閉環(huán)穩(wěn)定的充分性條件。最后，通過(guò)精餾塔控制仿真驗(yàn)證了所提方法的有效性

5、。
　　 其次，研究了一類(lèi)多輸入多輸出時(shí)變時(shí)延系統(tǒng)DMC算法的魯棒穩(wěn)定性問(wèn)題?？紤]DMC算法的預(yù)測(cè)模型與系統(tǒng)模型之間存在模型失配的情況下，利用脈沖響應(yīng)系數(shù)誤差矩陣的范數(shù)平方和定義系統(tǒng)的模型誤差。在李雅普諾夫穩(wěn)定性理論體系基礎(chǔ)上，利用LMI方法得到了DMC算法魯棒漸近穩(wěn)定的充分性條件，將時(shí)延DMC算法魯棒穩(wěn)定性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解一組LMIs的可行解問(wèn)題。通過(guò)精餾塔的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　 最后，研究了聚丙烯牌號(hào)

6、切換過(guò)程的時(shí)延DMC控制器設(shè)計(jì)與分析問(wèn)題。針對(duì)聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)牌號(hào)切換控制問(wèn)題，建立了聚丙烯牌號(hào)切換過(guò)程熔融指數(shù)(Melt Index，MI)的時(shí)延Hammerstein模型。在此基礎(chǔ)上，將該模型轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的輸入輸出模型，并利用DMC算法設(shè)計(jì)了牌號(hào)切換過(guò)程的熔融指數(shù)控制器，進(jìn)而利用LMI方法得到了保證該DMC控制器漸近穩(wěn)定的充分性條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程的最優(yōu)牌號(hào)切換控制。通過(guò)對(duì)大型雙環(huán)管聚丙烯牌號(hào)切換過(guò)程的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該算法的