广义预测控制的研究与仿真

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1、摘要广义预测控制是80年代产生的一种新型计算机控制算法，是预测控制中最具代表性的算法之一，它保持了预测控制的模型预测、滚动优化和反馈校正的优点，控制效果好，具有较强的鲁棒性。因此，广义预测控制一出现，就受到了广泛的关注，并且已经应用到许多工业过程中。本文在前人研究的基础上，针对广义预测控制中的不足与缺陷，进行了如下的研究：首先，针对广义预测控制中的约束问题，通过目标规划，将非线性规划问题转化为线性规划问题，然后采用基线法进行求解。目标规划算法是一种多目标优化策略，能够明确区分硬性约束和软性约束，并且其求解不像

2、非线性规划那样依赖于初始条件的选取。仿真证明了该约束算法良好的约束效果和控制效果。其次，针对多变量系统模型辨识困难的问题，采用子空间法辨识法直接辨识系统的状态空间模型，为避免状态空间模型与广义预测控制中常用的CARIMA模型的转换，推导了基于状态空间模型的广义预测控制律，使子空间辨识法与广义预测控制达到了比较好的结合。最后，针对一类比较常见的非线性系统，研究了其广义预测控制。此类非线性系统可以等效为时变参数的线性系统，因此只需线辨识等效时变系统的参数，就可进行广义预测控制。相对于其他非线性系统的广义预测控制算

3、法，此方法在保持了控制效果的同时，计算量小，工作点变化时跟踪速度快。关键词：广义预测控制；约束；子空间辨识；非线性系统StudyonGeneralizedPredictiveControlandtheirSimulationsLiuHong-e(ControlTheoryandControlEngineering)DirectedbyAssociateProfessorYuZuojunAbstractGeneralizedpredictivecontrol(GPC)generatedinthe1980sisa

4、newcomputercontrolalgorithm，whichisarepresentativepredictivecontrolalgorithm．Generalizedpredictivecontrolpreservesthepredictivecontrol’Sadvantagesofmodelpredictive，recedingoptionandfeedbackcorrection,andhasgoodcontrolprecisionandrobustness．So，GPChasgainedco

5、nsiderableattentionsincethegenerationofGPC，andhasbeenwidelyappliedtoindustrialprocesses．GPCisstudiedhereinthebaseofother’Sstudyandthethesisisorganizedasfollows：Firstly,constrainedGPCalgorithmisstudied．Nonlinearprogrammingcanbeconvertedintolinearprogrammingb

6、yGoalprogramming，andwhichissolvedbybasiclinealgorithminthethesis．Goalprogrammingalgorithmasamulti-objectiveoptimizationstrategycandistinguishsoftandhardrestrictiondirectly,anditssolmionisnotdependingonthechoseninitialconditions．Secondlytosolvethedifficultyo

7、fidentifyingMIMOsystems，adoptsubspacesystemidentificationalgorithmstoidentifystatespacemodelofsystem．TheGPCbaseonstatespacemodelisdeducedbymyself,SOtheGPCandsubspacesystemidentificationalgorithmsCallcombinebetter．Finally,studyaGPCalgorithmforakindofusualnon

8、linearsystem．ThiskindofnonlinearsystemCanbeconvertedintolinearparameter-varyingsystemandidentifiedparameter-varyingonline，thenGPCCanbeuseddirectly．ComparedwithothernonlinearGPCalgorithm，thisalgorithmpr