浙江大学本科生通识课程

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1、浙江大学本科生通识课程自动化技术概论自动化技术概论控制科学与工程学系控制科学与工程学系宋执环宋执环第四讲第四讲先进控制技术先进控制技术课程主要内容课程主要内容ß先进过程控制概论先进过程控制概论ß模型预测控制（模型预测控制（PredictiveControl,MPCPredictiveControl,MPC））ß自适应控制（自适应控制（AdaptiveControlAdaptiveControl））ß鲁棒控制（鲁棒控制（RobustControlRobustControl））ß智能控制（智能控制（IntelligentControlIntelligentControl））2

2、009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong3简单控制系统简单控制系统下图是简单自动控制系统的示意图扰动n比较环节参考输入+偏差控制环节控制量被控对象输出-eGcuGoy主反馈反馈环节H广义对象设定值E(s)U(s)被控量控制器执行器被控对象R(s)Y(s)测量值检测变送2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong4相对传统控制的以温度、压力、液位等为目标的单回路控制而言，先进控制则是以质量和工艺要求为指标的多变量控制2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong5先进先进控制控制？？单

3、回路控制系统有：加热炉的控制加热炉的控制1、燃烧系统－燃料、送风、负压、含氧量等控制2、加热系统－物流的温度控制3、物流系统－流量、压力等控制•各种控制回路之间存在着强耦合•系统具有非线性因素作干扰处理•各参数之间有互动作用2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong6先进先进控制控制？？压力燃料送风机风燃比引风机负压喷水温度给水水位结论：1、在耦合作用下各被控参数必然有很大波动2、人们关心的控制指标：燃烧效率、尾气含2009年10氧量、影响安全因素（水位、负压）等月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong73必需将加热炉作

4、一整体来考虑－多变量系统制药发酵罐控制营养液菌体浓度氨水硫氨（氮）还原糖浓度苯乙酸氨氮浓度青霉素效价2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong8预测控制预测控制预测控制预测控制∑预测控制是自动控制理论的一个分支∑预测控制是一种计算机优化控制方法∑预测控制的主要应用领域：工业过程∑预测控制适于解决多变量、有约束的工业过程控制问题∑预测控制产生于20世纪70年代末∑预测控制源于实际应用∑预测控制广泛应用于工业控制领域2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong10预测控制的产生背景预测控制的产生背景∑理论背景：理论

5、背景：°状态空间理论°最优控制理论现代控制理论°多变量控制理论（理论体系、方法、指标…..)°应用：航空、机电等°……∑应用背景：应用背景：°工业生产规模不断扩大°对生产过程要求不断提高：质量、性能、安全……°复杂性：非线性、不确定性、时变性、耦合、时滞……2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong11预测控制的产生背景预测控制的产生背景∑现代控制理论的不足：°依赖精确模型°适合多变量控制，但算法复杂°实现困难：计算量大、鲁棒性差…..∑工程实际：°对象越来越复杂，难以建模°不确定因素多°……2009年10月15日星期四©Copyright

6、byZhihuanSong12预测控制的产生背景预测控制的产生背景∑∑工业过程对控制的要求工业过程对控制的要求°高质量的控制性能°对模型要求不高°强鲁棒性°实现方便°便于处理约束条件2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong13预测控制的产生背景预测控制的产生背景∑控制理论与工程应用之间存在矛盾：精确建模不确定性（现代控制理论）（实际工业过程）尖锐矛盾2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong14预测控制的产生背景预测控制的产生背景∑理论途径：理论工程应用°自适应控制：在线调整控制器参数，以适应被控对象的变化

7、。°鲁棒控制：在设计控制器时考虑对象的不确定性，使得控制系统在被控对象发生变化时，系统性能几乎不受影响。∑工程途径：工程应用理论°预测控制：面向工业过程特点，基于简单模型，通过滚动时域优化、反馈校正等措施，使得控制系统综合性能优，在线计量小。2009年10月15日星期四©CopyrightbyZhihuanSong15预测控制的发展历程预测控制的发展历程∑1978年，J.Richalet等提出了模型预测启发控制算法（MPHC，ModelPredictiveHeuristicControl）∑1980年，Cutler等提出动态矩