PLS隱變量空間模型預(yù)測控制算法研究.pdf

1、隨著信息產(chǎn)業(yè)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)流在工業(yè)產(chǎn)業(yè)中的地位越來越重要，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的建模和控制方法受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。大量數(shù)據(jù)帶來的一個很自然的問題是，很多不相關(guān)數(shù)據(jù)也會包含在采集的數(shù)據(jù)中，因此數(shù)據(jù)壓縮或者說數(shù)據(jù)降維技術(shù)是很有必要的。偏最小二乘(PLS)就是這樣一種重要的多元統(tǒng)計分析方法，它已經(jīng)在故障診斷和過程監(jiān)控領(lǐng)域有了非常多的研究，但是在過程控制中的應(yīng)用還處于起步階段。本文結(jié)合PLS方法的自動解耦，變量配對，降維等特點

2、，研究了PLS隱空間的模型辨識方法和隱空間模型預(yù)測控制(MPC)技術(shù)。主要研究內(nèi)容涉及了隱空間模型預(yù)測控制相關(guān)辨識（MRI）方法，隱空間廣義預(yù)測控制(GPC)算法，兩種用于處理高頻噪聲的隱空間GPC改進方法，基于過程輸出信號的Hotelling T2統(tǒng)計量的多模型切換MPC算法，基于TS模型的隱空間模糊GPC算法，隱空間降維技術(shù)討論。具體的研究工作包括:
　　(1)針對變量中可能存在的共線性問題，引入了PLS建模方法?；趧討B(tài)PL

3、S框架，第二章提出了一種隱空間GPC控制策略。建模階段，為了提高模型的多步向前預(yù)測能力，進而提高GPC的控制性能，提出了隱空間MRI方法，并對該方法進行了頻域分析。隱空間中多個SISO并行運行的特性，使得GPC控制律的求解時間比傳統(tǒng)方法少得多，這對GPC的在線應(yīng)用是很有意義的。
　　(2)第三章對基本的隱空間GPC方法進行了一些閉環(huán)理論分析，包括回路靈敏度分析、魯棒性和穩(wěn)定性分析，然后從抑制高頻擾動和噪聲，提高系統(tǒng)魯棒性的角度出發(fā)

4、，提出了兩種改進算法。一種是在隱空間GPC中引入C濾波器，這種方法能在不改變系統(tǒng)標(biāo)稱性能的情況下，提高系統(tǒng)的魯棒性，但是C濾波器參數(shù)的選擇缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)方法。因此，借鑒內(nèi)模控制思想，我們又提出了一種基于模型輸出的改進算法，它是將GPC預(yù)測模型中的實際過程輸出信號替換為模型預(yù)測輸出信號，并引入誤差校正，從而減弱了噪聲和擾動對閉環(huán)回路的影響。理論上，這種方法也能在不改變系統(tǒng)標(biāo)稱性能的情況下，提高系統(tǒng)的魯棒性。
　　(3)對于動態(tài)非

5、線性過程，傳統(tǒng)的基于單個線性模型的MPC只能在較小的運行區(qū)域內(nèi)得到滿意的控制效果。針對這一問題，第四章提出了一種PLS隱空間多模型切換MPC方法。在每一個工作點，先分別辨識一個PLS動態(tài)模型，并設(shè)計相應(yīng)的預(yù)測控制器。然后，我們提出了一種基于過程輸出信號的Hotelling T2統(tǒng)計量的切換指標(biāo)，它可以根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)運行的區(qū)域自動選擇最匹配的模型/控制器，從而保證了模型的正確性，使得系統(tǒng)能獲得滿意的控制品質(zhì)。更重要的是，該算法延續(xù)了基本的M

6、PC算法，仍然是用二次規(guī)劃求解，適于工程實際應(yīng)用。
　　(4)對于動態(tài)非線性過程，第五章提出了直接采用基于非線性模型的控制方法。主要是在PLS內(nèi)模型中，采用TS模糊模型來刻畫隱變量得分t和u之間的動態(tài)非線性關(guān)系，建立了一種TS-PLS模型。基于建立的模型，我們利用即時線性化的思想，提出了隱空間模糊GPC控制方法。在過程非線性特別強的時候，這種方法比隱空間切換MPC方法，會有一定的優(yōu)勢。
　　(5)第六章分析了隱空間MPC方法