基于Hammerstein模型的非線性預(yù)測(cè)控制的研究.pdf

1、線性模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)在工業(yè)過程控制中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,并取得了良好的效果。但由于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)象實(shí)際上廣泛地存在著非線性特性,對(duì)于具有強(qiáng)非線性特性的對(duì)象,利用傳統(tǒng)的線性模型預(yù)測(cè)控制方法往往不再能夠獲得滿意的控制效果,這種情況下必須將非線性模型和預(yù)測(cè)控制方法很好的結(jié)合才能解決這一問題。Hammerstein模型是一類特殊的非線性模型,這類模型可以有效地描述很多工業(yè)過程對(duì)象,因此具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合及非常重要的研究?jī)r(jià)值。
　　 隨

2、著模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用,人們逐漸意識(shí)到,雖然模型預(yù)測(cè)控制器起初是按照一定的性能要求設(shè)計(jì)的,然而由于模型失配等因素的影響,導(dǎo)致這些性能并不一定能夠得到完全的滿足,甚至有時(shí)差距很大;另外即使這些性能要求在運(yùn)行初期能夠得到滿足,然而隨著系統(tǒng)設(shè)備的老化,一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)甚至被控對(duì)象的特性難免會(huì)發(fā)生變化,如果此時(shí)不對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),或者排除故障,那么系統(tǒng)的控制性能則必然會(huì)日趨惡化。因此對(duì)預(yù)測(cè)控制回路進(jìn)行性能監(jiān)控與評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。<

3、br>　　 本文在簡(jiǎn)要介紹Hammerstein模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,研究了含有色噪聲Hammerstein模型的辨識(shí),基于Hammerstein模型的帶約束模型預(yù)測(cè)控制以及非線性預(yù)測(cè)控制器的性能評(píng)價(jià),基于MATLAB和OPCC接口的先進(jìn)控制實(shí)現(xiàn)技術(shù)等問題。并且對(duì)每一部分都進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證。本文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　 1.針對(duì)線性子系統(tǒng)為ARMAX模型的Hammerstein模型,提出了雙遞推增廣最小二乘法,即首先采用特殊設(shè)計(jì)

4、的輸入信號(hào)將模型非線性靜態(tài)部分和線性動(dòng)態(tài)部分進(jìn)行解耦,利用遞推增廣最小二乘法對(duì)模型線性動(dòng)態(tài)部分進(jìn)行辨識(shí);得到線性子系統(tǒng)模型后,再次利用遞推增廣最小二乘法辨識(shí)模型非線性靜態(tài)部分。
　　 2.以往大多數(shù)基于Hammerstein模型的非線性預(yù)測(cè)控制的研究都沒有考慮到約束問題,或者即使考慮到約束問題,也僅是出于研究的需要。而實(shí)際工業(yè)過程無論是控制量還是輸出量都必然受到一個(gè)物理的約束。本文探討了根據(jù)實(shí)際的情況將控制量和輸出量的約束引入到

5、優(yōu)化運(yùn)算當(dāng)中并求取可行解的方法。其中對(duì)輸入變量的約束可以映射為對(duì)中問變量的約束。而正是由于輸入變量約束的引入,使得由中問變量求解實(shí)際控制作用時(shí)必然存在一個(gè)實(shí)數(shù)可行解。
　　 3.利用基于模型的設(shè)計(jì)性能指標(biāo),提出了對(duì)基于Hammerstein模型的帶約束預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)方法。
　　 4.利用OPC接口技術(shù),開發(fā)了MATILAB與S7-300PLC進(jìn)行直接數(shù)據(jù)交互的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),從而方便地實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)室水箱液位控制系統(tǒng)的H