復雜工業(yè)過程模型預測控制的研究.pdf

1、本文在國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)課題“復雜工業(yè)生產(chǎn)過程實時智能控制理論與算法研究(2002CB312201)”的支持下，分別針對控制輸入受約束的不確定時滯系統(tǒng)、參數(shù)未知的非線性系統(tǒng)、以及參數(shù)未知的多變量非線性系統(tǒng)這三類復雜被控對象，進行了模型預測控制方法的研究。給出了所提預測控制方法的穩(wěn)定性分析，并通過仿真實驗驗證了所提控制方法的有效性。選取一類具有多變量、強耦合、強非線性特性的復雜工業(yè)過程的典型實例——強制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)，將多模

2、型自適應解耦預測控制方法應用于強制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)，并且進行了仿真實驗研究。本文的主要工作可歸納如下：
　　 (1)針對一類控制輸入受約束的多面體不確定時滯系統(tǒng)，通過選擇適當?shù)亩魏瘮?shù)，將難以求解的min-max最優(yōu)化問題轉化為基于線性矩陣不等式(linearmatrix inequalities，LMI)的凸優(yōu)化問題，提出了時滯相關魯棒模型預測控制方法。針對上述被控對象，將優(yōu)化性能指標選取為包含多個終端加權項的有限時域目標函數(shù)，提

3、出了單步魯棒模型預測控制(Robust one-step model predictive control)方法。該方法允許將未來控制序列中的第一個控制量u(klk)作為自由決策變量，而其它控制量仍然采用狀態(tài)反饋控制律。以線性矩陣不等式的形式給出了時滯無關和時滯相關兩種單步魯棒模型預測控制器綜合方法。并且，證明了上述魯棒模型預測控制算法的可行性和閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。通過仿真驗證了控制方法的有效性。
　　 (2)針對一類參數(shù)未知

4、的非線性系統(tǒng)，將自適應預測控制器與多模型方法相結合提出了多模型自適應預測控制方法。該方法由線性魯棒廣義預測自適應控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡非線性廣義預測自適應控制器和切換機制三部分構成。線性魯棒廣義預測自適應控制器用來保證閉環(huán)系統(tǒng)的輸入輸出信號有界，神經(jīng)網(wǎng)絡非線性廣義預測自適應控制器用來提高系統(tǒng)的性能。設計適當?shù)那袚Q策略通過對上述兩種控制器的切換，保證閉環(huán)切換系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，改善系統(tǒng)性能。給出了上述控制方法的閉環(huán)穩(wěn)定性和收斂性分析。通過仿真驗證了

5、所提出控制方法的有效性。
　　 (3)針對一類參數(shù)未知的多變量非線性系統(tǒng)，設計了由反饋控制器、解耦補償器和神經(jīng)網(wǎng)絡非線性項補償器組成的非線性解耦控制器。在此基礎上，提出了由線性魯棒自適應解耦預測控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡非線性自適應解耦預測控制器和切換機構組成的多模型自適應解耦預測控制方法。給出了閉環(huán)切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性分析。仿真結果也表明了利用所提的控制方法得到的解耦效果是令人滿意的。
　　 (4)建立了強制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)的動