化工过程中的非线性预测控制算法研究论文

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1、中国石油大学（华东）硕士学位论文化工过程中的非线性预测控制算法研究姓名：王平申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：田学民20080501摘要化工过程大多为机理复杂、并联耦合严重且存在各种约束条件的强非线性过程，将预测控制对线性系统的良好控制效果推广到非线性系统是本文的主要目的。本文的创新点就是提出几种适合于化工过程的非线性预测控制算法，主要内容包括以下几个方面：简要介绍了模型预测控制的基本原理，从理论和应用方面概述了现有的非线性模型预测控制的算法、稳定性条件、鲁棒性理论及存在的问题。详细的介绍了基于局部线

2、性化状态空间模型的预测控制算法。提出基于敏感度方程的非线性预测控制算法。该算法通过对系统敏感度方程的分析，能够快速、有效地得到NLP导数信息的线性近似，在此基础上采用Levenberg—Marquardt算法完成对优化问题的求解，有效地降低在线计算量。针对化工过程中具有复杂非线性的连续搅拌反应釜(CSTR)进行仿真。仿真结果表明该算法的可行性和有效性。提出一种基于速率线性化方法的非线性预测控制算法。该算法采用速率线性化方法得到与原系统非线性模型相对应的线性变参数模型，这类变参数模型在结构上是线性的，而模型参数将随工作条

3、件的变化而变化，在系统的整个工作区间内都能很好的逼近原非线性模型。在此模型的基础上设计了预测控制器，并利用基于置信域的Levenberg。Marquardt算法求得在线预测控制率。最后对CSTR进行了仿真研究，仿真结果表明了该算法的可行性和有效性。结合工业实际装置，建立Spherip01．II双环管聚合反应装置的动态数学模型和熔融指数预报模型。考虑到双环管的串联结构形式，给出模型未知参数的调整规则，并利用现场操作数据估计模型参数。最后对所建动态模型进行了合理的简化，采用本文所提出的基于速率线性化的非线性预测控制策略对反

4、应器开车过程进行仿真研究。结果表明所建动态模型能够较好的反映双环管反应器的动态性能，对实际生产过程和将来先进控制的实施具有一定的指导意义。关键词：非线性系统；模型预测控制；敏感度方程；速率线性化：丙烯聚合NonlinearmodelpredictivecontrolalgorithmusinginchemicalProeessWANGPing(ControlTheoryandControlEngineering)DirectedbyProfessorTIANXue—minAbstractTosolvetheproble

5、mswhichexistinchemicalprocesses，suchas，nonlinear,numerousvariablesandnumerousconstraintsete．，nonlinearmodelpredictivecontrolstrategiesareproposedforseveralkindsofnonlinearsystemsinthispaper．Themainresearchworksareasfollows：Asurveyofcurrentnonlinearmodelpredictiv

6、econtrolonboththeoryandapplicationisintroduced，includingthealgorithms、stabilitycondition、robusttheoryandfutureneedsfordevelopment．Modelpredictivecontrolbasedonthelocallinearizationstate-spacemodelisintroducedindetail．Anewnonlinearmodelpredictivecontrolalgorithmb

7、asedonsensitivitiesequationsispresentedtotheproblemofnonlinearsystemsinthechemicalprocess．Byanalyzingthesensitivitiesequationsofthenonlinearsystem，alinearapproximationofthederivativesinformationusedinon·lineoptimizationisobtained，andthentheLevenberg·Marquardtalg

8、orithmisusedtosolvetheoptimalproblemineverysampletime．Theon-linecomputationisreducedgreatly．Thesimulationresultforanonlinearcontinuousstirredtankreactor(CSTR)showsthe