经济性预测控制优化算法的综合设计研究

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1、分类号TM727密级公开单位代号10256学号15104005硕士学位论文DissertationforMaster’sDegree经济性预测控制优化算法的综合设计研究学位申请人：相振东指导教师：郑鹏远学科专业：电气工程电机与电器学位类别：工学硕士所属院系：自动化工程学院2018年5月分类号TM727密级公开单位代号10256学号15104005上海电力学院硕士学位论文经济性预测控制优化算法的综合设计研究学位申请人：相振东指导教师：郑鹏远学科专业：电气工程电机与电器学位类别：工学硕士论文定稿日期：2018年5月上海电力学院位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人

2、在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：二刷牙-k,.:tj.日期：），，OJK年1一月／0日摘要经济性预测控制优化算法的综合设计研究摘要预测控制的发展使得控制方法向更直接更高级的优化目标发展。受优化和控制一体化设计思想的驱动，研究者们近年来发展出将经济指标优化和动态控制以扁平化结构实现为特征的经济性预测控制，将经济指标优化和动态过程控制压缩为机理模型下的MPC优

3、化求解问题。围绕经济性预测控制的经济目标函数不一定满足凸性质、正定性质和Lyapunov函数单调递减的性质，从而使传统预测控制分析稳定性的丰富方法和手段都无法直接应用的主要瓶颈难点，通过综合经济指标和拉格朗日松弛因子，构造与原经济指标近似等价的Hessian矩阵二次指标，将原经济性预测控制问题转化为基于Hessian矩阵的性能指标优化问题。进一步借鉴基于不变集技术的无穷时域优化和Lyapunov稳定性分析方法，以可实现的在线寻优计算量，对系统经济性能进行无穷时域优化，取得较优的系统经济性能。本文的主要内容包括：1．介绍了本课题的背景和意义，阐述了传统的预测控制及近年来开始发展

4、的经济性预测控制在国内外的发展现状，简要概述了与预测控制及经济性预测控制相关的理论知识。2.针对参数测量误差和参数变化速度有界的LPV系统，综合多步控制集思想和参数增益调度控制方法，通过在多步控制集的首步采用普通单一的反馈控制律，在余下的椭圆集序列采用参数增益调度控制律，设计基于多步混合反馈控制律的鲁棒预测控制综合设计算法。该算法有效地利用参数测量值、测量误差有界和参数变化速度有界信息，进一步扩大设计自由度，提高了控制性能。3.针对经济优化问题，首先通过采用基于Hessian矩阵的惩罚代价函数近似原经济目标函数，将经济MPC方案转化为跟踪MPC方案，跟踪系统稳态最优点，动态优

5、化系统经济性能。随后针对转化后基于Hessian矩阵的跟踪MPC优化问题，进一步引入控制不变集和Lyapunov稳定性分析方法，通过设计基于不变集的无穷时域优化算法，以可实现的在线寻优计算I上海电力学院硕士学位论文量，对系统经济性能进行无穷时域优化，有效地改善系统性能，取得较优的控制效果。4.针对第4章中跟踪MPC控制策略的局限性，设计了基于多步集和不变集内的反馈控制律的双模态切换控制策略。在系统状态距离稳态最优点较远时，采用动态性能优化使系统状态快速驱动到稳态点附近，随后采用基于Hessian矩阵的不变集控制策略驱动系统到稳态点。双模态切换控制策略，降低了整体用Hessia

6、n矩阵近似经济目标函数所损失的系统性能，具有更大的适用工作范围，以可实现的在线寻优计算量，取得更优的系统性能。关键词经济性预测控制，多步混合反馈预测控制，Hessian矩阵，跟踪MPC，双模态，切换控制策略，半正定规划IIABSTRACTCOMPREHENSIVEDESIGNOFECONOMICPREDICTIONCONTROLOPTIMIZATIONALGORITHMABSTRACTThedevelopmentofpredictivecontrolmakesthecontrolmethoddeveloptowardmoredirectandmoreadvancedoptim

7、izationgoals.Inrecentyears,economicmodelpredictivecontrolisproposedtofulfilltheeconomicperformanceoptimizationanddynamiccontrolwithinaflatstructure,whichismotivatedbythedesignideaofintegrationofoptimizationandcontrol.Thus,theeconomicoptimizationandproces