高性能雙層結構預測控制算法及策略研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、模型預測控制(MPC)以其處理多變量、復雜約束、強耦合控制問題的能力廣泛應用于過程工業(yè)。傳統(tǒng)MPC以動態(tài)控制算法為核心,實現(xiàn)輸出設定點的跟蹤,其設定點通常由操作人員根據(jù)經(jīng)驗給出。隨著MPC相關理論技術的發(fā)展,往往是在MPC動態(tài)控制上增加一層穩(wěn)態(tài)目標計算,優(yōu)化求解設定值傳遞到下層進行動態(tài)跟蹤。設定值的選取是否合理直接決定被控對象能否到達最佳的運行狀態(tài),因此,對于控制器的總體性能而言,穩(wěn)態(tài)目標計算層的性能相對于動態(tài)控制的效果更加重要。然而,

2、目前國內(nèi)外關于MPC性能提升的研究主要針對動態(tài)控制層的穩(wěn)定性,抗擾動能力以及動態(tài)控制效果等方面進行,很少有針對控制器穩(wěn)態(tài)優(yōu)化性能提升的研究。
   本文以穩(wěn)態(tài)目標計算為核心進行高性能雙層結構MPC算法和策略研究,基于LP-MPC形式的雙層結構預測控制,以軟約束調(diào)整降序優(yōu)先級方法解決上層穩(wěn)態(tài)優(yōu)化不可行問題,進而以影子價格為基礎對穩(wěn)態(tài)優(yōu)化約束邊界進行整定,優(yōu)化控制器全局經(jīng)濟性能,并從可行域角度分析了代價系數(shù)對于穩(wěn)態(tài)優(yōu)化結果的影響,最

3、后以問題實例闡述了雙層結構MPC的應用策略。本文主要工作和成果如下:
   1.針對傳統(tǒng)預測控制設定點人為給定的局限性,介紹了以LP問題進行局部穩(wěn)態(tài)優(yōu)化求解各變量設定值,結合DMC動態(tài)控制算法的雙層結構MPC策略,并闡述了以參數(shù)分析為主要手段的經(jīng)濟優(yōu)化方法,從而引出本文高性能雙層結構MPC的研究方向。
   2.針對穩(wěn)態(tài)目標計算不可行問題闡述了軟約束調(diào)整的加權方法,為有效地突顯不同約束條件的優(yōu)先級特性,進一步提出軟約束調(diào)

4、整降序優(yōu)先級策略,并從可行域大小及計算復雜度兩個方面分析了降序策略與單純加權方法及升序策略的性能差異,從理論上證明了降序優(yōu)先級方法在性能方面相對另外兩種方法的優(yōu)勢。
   3.針對穩(wěn)態(tài)目標計算約束邊界設定優(yōu)化問題,以過程輸出的歷史數(shù)據(jù)估計擾動特性從而確定約束的可整定范圍,并以影子價格分析不同約束對于系統(tǒng)性能的貢獻大小,由此提出基于影子價格的約束邊界整定策略。代價系數(shù)由過程輸入輸出對應的成本和效益決定,而其設定值影響優(yōu)化問題的尋優(yōu)

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