基于組合模型的非線性預(yù)測(cè)控制算法及其應(yīng)用研究.pdf

1、化工過程中有大量的非線性系統(tǒng)可用包含靜態(tài)非線性部分和線性動(dòng)態(tài)部分兩部分的組合模型加以描述，本文針對(duì)這類系統(tǒng)，提出了兩種預(yù)測(cè)模型及三種非線性預(yù)測(cè)控制(NMPC)算法，并在一套耦合水箱液位控制系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其有效性。本文主要內(nèi)容如下： 1)通過分析對(duì)比現(xiàn)有文獻(xiàn)中非線性預(yù)測(cè)控制算法常用的預(yù)測(cè)模型，提出了采用點(diǎn)集映射描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸入和穩(wěn)態(tài)輸出關(guān)系的數(shù)值穩(wěn)態(tài)模型，進(jìn)而提出了數(shù)值穩(wěn)態(tài)-ARX組合模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-ARX組合模型兩

2、種預(yù)測(cè)模型。 2)對(duì)于SISO非線性系統(tǒng)，用數(shù)值穩(wěn)態(tài)模型代替解析模型來(lái)描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)非線性特性，簡(jiǎn)化了模型辨識(shí)過程；采用類似Hammerstein模型結(jié)構(gòu)形式的非線性穩(wěn)態(tài)模型在前，線性動(dòng)態(tài)模型在后的數(shù)值穩(wěn)態(tài)-AIX組合模型，通過穩(wěn)態(tài)模型來(lái)在線修正離線辨識(shí)得到的ARX模型的參數(shù)，提出了用一個(gè)變參數(shù)的ARX進(jìn)行控制的數(shù)值NMPC算法。 3)對(duì)于SISO非線性系統(tǒng)，提出了數(shù)值穩(wěn)態(tài)模型和線性ARX模型并聯(lián)的組合模型。在仍以穩(wěn)態(tài)模

3、型在線修正離線辨識(shí)得到的ARX模型參數(shù)為主的同時(shí)，結(jié)合自適應(yīng)控制中常用的遞歸最小二次法(RLS)來(lái)進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)模型的自我修正能力，在提高控制響應(yīng)快速性的同時(shí)也提高了系統(tǒng)在工作點(diǎn)附近的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)。用序列二次優(yōu)化算法進(jìn)行在線優(yōu)化，提出了可以應(yīng)用于強(qiáng)非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)NMPC算法。 4)對(duì)于MIMO非線性系統(tǒng)，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，提出了BP-ARX組合模型。通過BP穩(wěn)態(tài)模型來(lái)在線修正離散辮識(shí)得到的ARX模型的參數(shù)，用一

4、個(gè)變參數(shù)的ARX進(jìn)行預(yù)測(cè)控制；同時(shí)，在上述自適應(yīng)NMPC算法的基礎(chǔ)上，定義了切換系數(shù)來(lái)約束自適應(yīng)算法的作用時(shí)間，使得當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際輸出值與輸出設(shè)定值間的誤差小于的設(shè)定值時(shí)NMPC控制器才包含RLS算法，最終提出了變參數(shù)的非線性預(yù)測(cè)控制算法(PV-NMPC)。 5)對(duì)以本文算法為基礎(chǔ)的NPC(非線性預(yù)測(cè)控制)軟件的體系結(jié)構(gòu)和功能模塊進(jìn)行了探討。 6）分別將第3、4章所述算法在一套耦合水箱液位控制系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并與PI加前饋控制