模型預(yù)測(cè)控制算法的改進(jìn)及其應(yīng)用的研究.pdf

1、模型預(yù)測(cè)控制(Model Predictive Control：MPC)是產(chǎn)生于工程實(shí)踐的一類基于模型預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化并結(jié)合反饋校正的先進(jìn)計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制算法。由于系統(tǒng)模型在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)易于獲得，不需要復(fù)雜的系統(tǒng)辨識(shí)與建模，采用反饋校正基礎(chǔ)上的在線滾動(dòng)優(yōu)化取代傳統(tǒng)的離線優(yōu)化，所以它對(duì)模型的要求低，對(duì)模型失配、非最小相位系統(tǒng)以及不確定干擾的影響具有較強(qiáng)的魯棒性，而且在線計(jì)算相對(duì)比較簡(jiǎn)單，適用于數(shù)字計(jì)算機(jī)計(jì)算和控制。其基本思想是將傳統(tǒng)自校正技術(shù)的單

2、步預(yù)測(cè)擴(kuò)展為多步預(yù)測(cè)，從而有效地抑制了算法對(duì)于模型參數(shù)變化的靈敏性。它的典型算法有：模型算法控制(Model Algorithmic Control：MAC)、動(dòng)態(tài)矩陣控制(Dynamic Matrix Control：DMC)、廣義預(yù)測(cè)控制(GeneralizedPredictive Control：GPC)等，它們都基于模型預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正三大環(huán)節(jié)。
　　 傳統(tǒng)反饋控制算法PID控制原理簡(jiǎn)單，直觀易懂，易于工程實(shí)現(xiàn)，

3、廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制。基于對(duì)PID控制和模型算法控制優(yōu)點(diǎn)的分析，本文研究把PID控制和模型算法控制結(jié)合起來，改變用來約束的目標(biāo)函數(shù)，使之成為PID形式，形成一種新的預(yù)測(cè)控制方法(PIDMAC)。該算法既具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)，又具有預(yù)測(cè)功能。通過MATLAB仿真，對(duì)比說明了PIDMAC算法比基本MAC算法具有更好的控制性能。
　　 工業(yè)過程往往具有延遲特性。因?yàn)闀r(shí)延的影響，控制輸入無法準(zhǔn)確跟蹤系統(tǒng)變化，導(dǎo)致控制性能退化和

4、不穩(wěn)定。本文分析了導(dǎo)致時(shí)延的原因，利用預(yù)測(cè)思想，采用狀態(tài)空間描述的MAC算法建立時(shí)延系統(tǒng)模型，提出了時(shí)延預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法(TDCMAC)。引入補(bǔ)償因子和過渡因子在線整定預(yù)測(cè)控制量和時(shí)延控制量，使控制作用快速平穩(wěn)過渡。仿真表明預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法改進(jìn)了傳統(tǒng)MAC算法的控制性能。
　　 本文具體討論了基于狀態(tài)空間的模型預(yù)測(cè)控制算法及其改進(jìn)算法在大慣性二階系統(tǒng)、EPA(Ethernet for Plant Automation)系統(tǒng)、分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)、