大范围工况系统的多模型约束预测控制算法

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1、上海交通大学硕士学位论文大范围工况系统的多模型约束预测控制算法姓名：乐艳中请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：李少远20040101大范围工况系统的多模型约束预测控制算法摘要实际工业过程通常是具有非线性、时变性、多变量紧密耦合、大时滞的控制对象，常常具有大范围工况下参数跳变的特点。预测控制是在过程控制工业中最具应用推广价值的先进控制策略之一,但是常规的预测控制策略往往不能适应于全局工况:当系统从一种操作环境突变到另一种操作环境，致使当前工作点远离常规预测控制器的初始设计工作点时，则控制品质会显著下降。多模型控制方法针对大范围工况系统的特点，在各个工况子空间内建立相应

2、的局部线性模型或控制器，然后通过多个模型或控制器之间的某种调度原则来得到全局非线性系统的控制。将多模型方法结合到预测控制算法中，可为解决预测控制在实际应用中的困难提供一种思路。本文针对大多数复杂控制对象非线性特性与运行工况密切相关的实际特点，提出了基于多模型的预测控制方法。研究工作包括：建立基于多模型的约束预测控制完整实施方案：对于被控系统，在各个典型工况下进行实验，通过分析实验结果获取在典型工况下的系统模型,建立起固定局部模型族，再针对各局部模型分别设计相应的子控制器。在运行过程中，根据实际T况变化，按一定子控制器组合策略获得合适的控制增量。研究了单变最/多变量约朿系统中的多模

3、型预测控制的应用。探讨了DMC控制器约束处理问题，提出了基于启发式与基于常规SQP方法相结合的约束处理方案。探讨了多模型综合原则，对于单变量系统，提出采取直观、简明的按工况线性加权方式；对于多变量系统，选择合适的工况变量划分子空间后，采取按输出误差最小化的切换方式。并以典型工业控制环节为例进行了成功的仿真验证。关键词；多模型，预测控制，DMC,仿真MULTIPLEMODEL-BASEDPREDICTIVECONTROLWITHCONSTRAINTSFORTHEPLANT-WIDEPROCESSSYSTEMSABSTRACTThepracticalindustryprocesses

4、areoftenofnon-linear,time-varying,multiple・variable,time-laggedcharacteristics,andgenerallyhavesuddenchangesintheprocessparametersduringlargeoperatingrange.Predictivecontroltheoryisoneofthoseadvancedcontrolapproachesthathavehighvalueofapplicationinindustrialcontrol.However,regularpredictiveco

5、ntrolmethodusuallycannotadapttothewholeoperatingrange:whenthesystemchangessuddenlyfromoneoperatingpointtoanotherwhichisfarfromthepreviousone,thecontrolqualitywilldecrease.Multiplemodelapproachaimsatthecharacteristicsoftheplant-wideprocesssystem.Correspondinglocallinearmodelsorcontrollersarebu

6、iltupwithinsuboperatingspaces-Thecontrolforthewholesystemisobtainedbythecombinationofthemultiplemodels/controllersundersomecertainrule.Theintegrationofmultiplemodelapproachandthepredictivecontrolarithmeticmayprovideapatterntosolvethedifficultiesoftheregularpredictivecontrolabove.Aimingatthech

7、aracteristicsofmostcomplexplantsthattheirnon-linealitydependscloselyontherealoperatingconditions,thisdissertationbringsforwardamultipleodelbasedpredictivecontrolmethod-Themajorworkisasfollows.Thecompleteprocedureofbuildingupamultiple-modelbas