基于Toeplitz方程的广义预测控制及其在液位控制中的应用(1)

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要针对传统的广义预测控制算法需要求解Diophantine方程，具有较大计算负担的问题，本文设计了基于Toeplitz预测方程的广义预测控制器。采用Toeplitz预测方程，可以用过去的输入输出和未来输入的线性组合表达未来的预测输出，从而避免了Diophanfine方程的求解。在对未来输入进行有限时域滚动优化计算后，将加权优化的思想应用在控制律的求解当中，使控制效果得到进一步的改善。通过比较传统算法和提出算法的在线计算时间、跟踪变化设定值的速度以及控制时域变化对控制效果的影响，验证了所提出算法的快速性和优越性。另外，数值仿

2、真也验证了对控制律进行加权优化具有提高控制效果的作用。以A3000过程控制实验系统，SIMATICS7．300及CP561l通讯卡组成的网络控制系统作为实验平台，用Matlab语言及组态软件--KingView分别开发控制算法和控制界面，并将所提出的基于Toeplitz预测方程的广义预测控制器应用在液位控制系统的实时控制当中。在实时控制实验过程中，通过改变设定值以及令被控对象特性发生变化，来检测新控制器的控制性能，均达到了较为理想的控制效果。实验结果证明了该广义预测控制器的正确性以及可行性。关键词：广义预测控制，Toeplitz预测方程，加权平均控制，液

3、位系统AbstractThetraditionalgeneralizedpredictivecontrolalgorithmhasahugecalculationburdenresultingfromsolvingDiophantineequation．Aimingatthisproblem，ageneralizedpredictivecontrollerbasedonToeplitzpredictiveequationispresentedinthispaper．Thelinearrelationshipamongpastinput，pastoutpu

4、t，futureinputandthepredictiveoutputisconstructedbyToeplitzequation，andthenthefuturecontrolvariablesCanbesolveddirectlywithoutsolvingtheDiophantineequation．Aftertherecedingoptimizationcomputationoverafinitetimeinterval，theweightedaveragestrategyiSintroducedinthecontrollawtoimprove

5、controlperformancefurther．Bothforthetraditionalandthenewpresentedalgorithm，thesimulationcomparisonsofon．1inecalculationtime，thetracingvelocityforchangedreferenceandtheinfluenceofvaryingcontrolhorizononcontrolperformancealeusedtoillustratetherapidityandeffectivenessofthepresenteda

6、lgorithm．Thesimulationalsodemonstratesthepositiveroleofcontrollawweightedaverageinimprovingcontrolperformance．ANetworkcontrolsystemconsistingoftheA3000process—controlsystem，Sm量ATICS7．300andMPIcardisintroducedasanexperimentalplatform，andthenthecontrolalgorithmandhuman—computerinte

7、rface(HMI)aledevelopedusingMatlablanguageandtheKingViewconfigurationsoftwarerespectively．ThenthegeneralizedpredictivecontrollerbasedonToeplitzpredictiveequationisappliedtothereal．timecontrolforaliquid-levelsystem．Intheprocessofreal．timecontrolexperiment，theperformanceofthepropose

8、dcontrollerischeckedbychangingthereferen