預(yù)測控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變或大時(shí)滯等特點(diǎn)，很難從理論上建立精確的數(shù)學(xué)模型，基于被控對象或過程數(shù)學(xué)模型的經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制理論大多建立在線性假設(shè)的基礎(chǔ)上，在這類過程中的應(yīng)用受到限制。為了克服經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論與實(shí)際工業(yè)過程的不協(xié)調(diào)，使用動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型，并且綜合控制效果好的控制方法一直是研究熱點(diǎn)。預(yù)測控制汲取了現(xiàn)代控制理論中的優(yōu)化思想，利用預(yù)測模型和滾動(dòng)優(yōu)化并結(jié)合反饋校正，取代了傳統(tǒng)的最優(yōu)控制，這種控制策略非常適用于難以

2、用精確數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜工業(yè)過程。本文針對幾種典型的工業(yè)過程，對預(yù)測控制算法和策略開展研究，具有理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文研究了預(yù)測控制的三種基本方法的改進(jìn)算法：采用最小化參數(shù)模型的廣義預(yù)測控制(GPC)、基于對象單位階躍響應(yīng)模型的動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)和基于對象行為數(shù)據(jù)的灰色預(yù)測控制。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了以下幾種典型過程的預(yù)測控制研究。
　　 帶鋼卷取系統(tǒng)廣義預(yù)測控制算法研究。通過對廣義預(yù)測控制的控制增量柔化，

3、給出一種廣義預(yù)測控制快速算法，該算法不必求解參數(shù)辨識(shí)過程中的逆矩陣，從而減小了計(jì)算量，有利于提高工業(yè)應(yīng)用的實(shí)用化程度。以某鋼鐵集團(tuán)公司冷軋硅鋼帶熱處理線的帶鋼卷取系統(tǒng)為控制對象，對帶鋼在卷取過程中經(jīng)常出現(xiàn)的干擾，采用該控制算法進(jìn)行了仿真和應(yīng)用研究。
　　 結(jié)果表明，改進(jìn)的GPC算法在出現(xiàn)隨機(jī)干擾時(shí)具有良好的控制性能。將其應(yīng)用于實(shí)際的帶鋼卷取控制器中取得了成功，帶鋼卷端面齊整度明顯提高。
　　 跳汰機(jī)排料系統(tǒng)灰色預(yù)測控制算

4、法研究。跳汰機(jī)排料過程具有非線性、大時(shí)滯、大慣性的特征，無法建立有效數(shù)學(xué)模型。通過對跳汰機(jī)特性和排料過程分析，提出將灰色預(yù)測模型引入到跳汰機(jī)模糊排料控制中。根據(jù)跳汰機(jī)不同密度的物料層厚度的動(dòng)態(tài)變化行為和運(yùn)行趨勢進(jìn)行分析得出其厚度變化規(guī)律，求出了(中煤、矸石)物料層厚度的前向預(yù)測值。將預(yù)測值作為系統(tǒng)輸出量與參考值比較，得出誤差及誤差變化率的預(yù)測值，然后導(dǎo)入到模糊控制器中實(shí)施。這種控制方法實(shí)現(xiàn)了超前控制，特別適用于跳汰機(jī)排料過程。在控制策略

5、研究的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了灰色預(yù)測模型，研究了模糊控制規(guī)則，開發(fā)了灰色預(yù)測模糊控制跳汰機(jī)排料控制器。底層采用PLc控制，它有數(shù)控風(fēng)閥和普通模糊排料控制器兩個(gè)功能。上層采用工控機(jī)，它有生產(chǎn)監(jiān)控以及灰色預(yù)測模糊控制器的功能。兩者之間采用通訊方式交換數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場應(yīng)用表明它比單一模糊控制器的控制效果有明顯改善。
　　 供熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)矩陣控制算法研究。動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)采用工程上易于測取的對象階躍響應(yīng)模型作為內(nèi)部模型，計(jì)算量較小，魯棒性強(qiáng)，適用