高性能双层结构预测控制算法及策略研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文高性能双层结构预测控制算法及策略研究作者姓名：项伟龙指导教师：邹涛副教授浙江工业大学信息工程学院2012年12月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterResearchonhighperformancealgorithmsandstrategiesoftwo--layeredmodelpredictivecontrolCandidate：Wei·-longXiangAdvisor：A．Prof．TaoZouCollegeofInformationEngi

2、neeringZhejiangUniversityofTechnologyDec2012浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：倒节毒日期洲埠，≯月27日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或

3、机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。

4、2、不保密囱。(请在以上相应方框内打“√’’)作者签名：1／瓦伟毒导师签名。l钾f、知／，-n口日期：切『L年IL月上7日醐少∥年／朋7日浙江工业大学硕士学位论文高性能双层结构预测控制算法及策略研究摘要模型预测控制OvtPC)以其处理多变量、复杂约束、强耦合控制问题的能力广泛应用于过程工业。传统MPC以动态控制算法为核心，实现输出设定点的跟踪，其设定

5、点通常由操作人员根据经验给出。随着MPC相关理论技术的发展，往往是在MPC动态控制上增加一层稳态目标计算，优化求解设定值传递到下层进行动态跟踪。设定值的选取是否合理直接决定被控对象能否到达最佳的运行状态，因此，对于控制器的总体性能而言，稳态目标计算层的性能相对于动态控制的效果更加重要。然而，目前国内外关于MPC性能提升的研究主要针对动态控制层的稳定性，抗扰动能力以及动态控制效果等方面进行，很少有针对控制器稳态优化性能提升的研究。本文以稳态目标计算为核心进行高性能双层结构MPC算法和策略研究，基于LP．MPC形式的双层结构预测控制，以软约束调整降序优先级方法解决上层稳态优化不可行问题

6、，进而以影子价格为基础对稳态优化约束边界进行整定，优化控制器全局经济性能，并从可行域角度分析了代价系数对于稳态优化结果的影响，最后以问题实例阐述了双层结构MPC的应用策略。本文主要工作和成果如下：1．针对传统预测控制设定点人为给定的局限性，介绍了以LP问题进行局部稳态优化求解各变量设定值，结合DMC动态控制算法的双层结构MPC策略，并阐述了以参数分析为主要手段的经济优化方法，从而引出本文高性能双层结构MPC的研究方向。2．针对稳态目标计算不可行问题阐述了软约束调整的加权方法，为有效地突显不同约束条件的优先级特性，进一步提出软约束调整降序优先级策略，并从可行域大小及计算复杂度两个方面

7、分析了降序策略与单纯加权方法及升序策略的性能差异，从理论上证明了降序优先级方法在性能方面相对另外两种方法的优势。3．针对稳态目标计算约束边界设定优化问题，以过程输出的历史数据估计扰动特性从而确定约束的可整定范围，并以影子价格分析不同约束对于系统性能的贡献大小，由此提出基于影子价格的约束边界整定策略。代价系数由过程输入输出对应的成本和效益决定，而其设定值影响优化问题的寻优方向，因此从可行域角度分析代价系数设定对稳态目i浙江工业大学硕士学位论文标优化结果的影响，形成代价系数分析方法。4．针对双层结构MPC在实际过程的应用，阐述了过程对象分析方法，并针对CMMO问题提出了基于优先级的稳态

8、优化多目标协调策略，进而以三个实例问题的处理，阐述了以参数分析和整定为主体的高性能双层结构MPC应用策略。关键词：双层结构，稳态目标计算，降序优先级，参数分析，应用策略浙江工业大学硕士学位论文RESEARCHoNHIGHPERFoRM睑NCEALGoRITHMSANDSTRATEGIESoFTWO．LAYEREDMoDELPREDICTIVECoNTRoLABSTRACTModelpredictivecontrol(MPC)hasbeenwidelyusedinpro