具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的分布式系統(tǒng)優(yōu)化控制與目標協(xié)調(diào).pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展對生產(chǎn)過程的控制與優(yōu)化目標提出了越來越高的要求,除了對單個生產(chǎn)裝置或局部子系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化控制外,追求整個系統(tǒng)的全局優(yōu)化已是提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的關(guān)鍵.在復雜大工業(yè)過程中普遍存在的具有多級串聯(lián)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng),由于其特殊的控制結(jié)構(gòu),不能簡單地用多變量系統(tǒng)的建模與控制方法來進行,最終控制目標與各個局部子系統(tǒng)的設(shè)定值之間的關(guān)系一般是復雜非線性的,這類系統(tǒng)的控制問題包含很多非線性因素和邊界條件的頻繁變化,又存在著諸多干擾與各種不

2、確定性因素,難以應用傳統(tǒng)的基于模型的控制和優(yōu)化理論,同時工業(yè)現(xiàn)場更多地采用分布式控制結(jié)構(gòu)和信息結(jié)構(gòu),這些都給這類問題的控制與優(yōu)化帶來了挑戰(zhàn).針對上述問題,本論文主要研究了具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的分布式系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化控制與目標協(xié)調(diào)問題,主要工作包括以下幾個方面: ·利用Backstepping方法結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的設(shè)計優(yōu)點,針對多輸入多輸出(MIMO)過程設(shè)計了分散PID控制器,通過小增益定理分別得到了兩輸入兩輸出(TITO)過程和MIMO過程

3、閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件,對Shell標準控制問題的仿真研究驗證了該方法的有效性,并在液位過程控制系統(tǒng)實驗裝置上進行實驗,驗證了該方法的實用性.針對一類多輸入非線性串聯(lián)系統(tǒng),基于Backstepping方法,結(jié)合狀態(tài)關(guān)聯(lián)代數(shù)Riccati方程(State-DependentAlgebmic RiccatiEquation,簡稱SDARE)技術(shù),設(shè)計了一種分布式的反饋控制律,不但可在線求得最優(yōu)控制律的解析解,而且使原系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定,同時證

4、明了當t<,f>=∞時,設(shè)計的反饋控制律也是整體性能指標的最優(yōu)控制律.·針對非線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的預測控制問題,提出了基于動態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化與參數(shù)估計集成(Dynamic Integrated System Optimization and Parameter Estimation,簡稱DISOPE)方法的分布式預測控制算法,分析了算法的收斂性,證明了在滿足某些假設(shè)條件下迭代收斂解滿足原非線性優(yōu)化問題的最優(yōu)性必要條件,以燃油電力單元機組系統(tǒng)為對

5、象對控制算法進行了仿真研究,驗證了所提出方法的有效性. ·針對在網(wǎng)絡信息模式下的串聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng),在基于Nash最優(yōu)分布式預測控制的研究基礎(chǔ)上,改進了優(yōu)化性能指標的選取,提出了一種基于鄰域優(yōu)化的網(wǎng)絡化預測控制策略,給出一個迭代的網(wǎng)絡化MPC算法,分析了無約束算法的收斂性和標稱閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,證明了當?shù)諗織l件成立時,求解局部優(yōu)化問題獲得的局部控制律收斂到整個優(yōu)化問題的全局最優(yōu)解.為了進一步降低在線求解的計算量和通信代價,又提出

6、了具有一步時延通信的網(wǎng)絡化MPC算法,分析了標稱閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.步進式加熱爐爐溫控制問題的仿真研究結(jié)果表明了提出方法的有效性.·研究了串聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的子目標魯棒實時優(yōu)化控制問題,其上層是一個基于產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化模型國家自然科學基金資助項目(批準號:60474051)和國家教育部高等學校博士學科點專項科研基金資助項目(批準號:20020248028). 的全過程優(yōu)化器,根據(jù)最終產(chǎn)品質(zhì)量和性能指標的要求,動態(tài)調(diào)整各子過程控制器的最優(yōu)設(shè)定