分層預測控制策略及其在工業(yè)過程中的應用研究.pdf

1、在市場競爭日益激烈的今天，商品供求關(guān)系很難完全處于平衡的狀態(tài)，這樣就會造成商品價格的頻繁波動、生產(chǎn)裝置最優(yōu)工況點發(fā)生偏移，導致企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益和過程控制品質(zhì)下降。為了使企業(yè)生產(chǎn)獲得最大的經(jīng)濟效益，生產(chǎn)過程的操作需要及時獲取經(jīng)濟環(huán)境下的最優(yōu)工況點，并使系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤該工況點。
　　作為一種優(yōu)化控制策略，模型預測控制(Model Predictive Control。MPC)相比傳統(tǒng)經(jīng)典的PID控制能達到更好的控制效果，提高能源利用率，

2、從而給企業(yè)帶來更顯著的經(jīng)濟效益。通常 MPC的最優(yōu)軌跡是根據(jù)設(shè)備操作人員經(jīng)驗設(shè)定的，往往會偏離實際的最優(yōu)工況點，而且對經(jīng)濟環(huán)境變化不敏感。為了解決最優(yōu)工況點的自尋優(yōu)和控制跟蹤問題，本研究針對優(yōu)化和控制相結(jié)合的分層模型預測控制策略(Hierarchical Model Predictive Control。HMPC)展開如下工作：
　?。?）綜述了前人在優(yōu)化控制策略方面的研究現(xiàn)狀和 HMPC策略的基本原理，闡述了先進控制技術(shù)所帶來的

3、生產(chǎn)經(jīng)濟效益和控制效果。
　?。?） HMPC策略的研究，首先要針對生存對象進行市場調(diào)研，構(gòu)建與關(guān)鍵變量有關(guān)的對象經(jīng)濟目標函數(shù)模型，在工業(yè)過程模型的約束條件下，將經(jīng)濟優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃(Linear Programming。LP)問題和非線性規(guī)劃(Non-Linear Programming。NLP)問題。當經(jīng)濟價格因子頻繁波動時，分別用 LP和 SQP(Sequential Quadratic Programming)算法來

4、求解變量最優(yōu)值，作為系統(tǒng)新的最優(yōu)工況點，并傳遞給控制層?？刂茖舆x用 MPC算法來跟蹤工況點。將 CSTR過程作為仿真對象，仿真結(jié)果表明。HMPC策略可以保證 CSTR裝置始終運行在最優(yōu)工況點，在提高經(jīng)濟效益的同時，還能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
　?。?）針對非線性對象，其運行過程對應多個模態(tài)，固定的線性化模型只在平衡點附近有效，當平衡點變化時，線性化模型失效，系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩超調(diào)，甚至系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，控制品質(zhì)下降，無法滿足系統(tǒng)控制要求。為了

5、解決這個問題，本文提出了分層多模型預測控制(Hierarchical Mutil-Model Predictive Control。HMMPC)策略，將整個工作區(qū)間按系統(tǒng)參數(shù)的變化，劃分為幾個子區(qū)間，在各子區(qū)間應用小增益法建立相應的線性化模型，在控制器采樣時刻采用輸出誤差指標對子模型進行切換，用切換后的子模型設(shè)計 MPC控制器。通過仿真對比，HMMPC策略在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，能夠提高系統(tǒng)的控制效果，可以改善工況跳變時系統(tǒng)過渡過程的控