一种基于时域响应的预测控制算法的研究.pdf

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1、一种基于时域响应的预测控制算法的研究蒋存波，等一种基于时域响应的预测控制算法的研究ResearchonthePredictiveControlAlgorithmBasedonTimeDomainResponse耪存渡1旅淑赖2跨傻边2笏往霭1(桂林理工大学信息科学与工程学院1，广西桂林541004；桂林理工大学机械与控制工程学院2，广西桂林541004)摘要：针对工业控制过程中系统具有大滞后这一特性。给出了一种基于时域响应特性的预测控制算法。该算法利用当前及之前的采样信息和已输出的控制信息预测系统的未来输出，获得使系统无偏差的控制信号，使得系统

2、的性能指标最优。理论分析和Matlah仿真试验验证了该算法的可行性。该算法计算简单、鲁棒性强、抑制干扰能力及跟踪性能良好，对大时滞一阶系统具有较理想的控制效果。关键词：智能控制预测控制大滞后系统时域响应Matlab仿真中图分类号：TPl3文献标志码：AAbstract：Aimingatthecharacteristicoftimedelayincontrolprocess，thepredictivecontrolalgorithmbasedontimedomainresponsecharacteristicsisprovided．Thealgo

3、rithmpredictsthefutureoutputbyusingcurrentandprevioussamplinginformationa8wellasthecontrolinformationhasbeenoutput，thusmakesthecontrolsignalwithoutdeviationandobtainsoptimalcontrolperformanceindexes．ThefeasibilityofthisalgorithmisverifiedbytheoreticalanalysisandMatlabsimulat

4、ion．Thealgorithmfeaturessimplecalculation。goodrobustness，highanti—interferencecapabilityandexcellenttrackingperformance，itoffersidealcontroleffectsforfirstorderlargetimedelaysystems．Keywords：IntelligentcontrolPredictivecontrolLargetimedelaysystemTimedomainresponseMatlabsimul

5、ation0引言工业控制过程中，许多系统具有大滞后这一特性．，运用传统的控制方法很难获得满意的控制效果。预测控制是一种在工业实践过程中逐步发展起来的计算机控制算法⋯。该算法采用有限优化窗口，大大减少了优化计算量；采用滚动策略，在局部优化的基础上实现了全局优化；利用反馈校正，解决了系统干扰等不确定问题心】。本文提出的基本思想是利用当前和以往的采样信息，以及在此前已经输出的控制信息，预测滞后JIv点之后系统的响应输出；同时按照一定的性能指标，构造当前采样时刻的控制器输出信号，使系统的性能指标最优。l预测控制的基本算法预测控制是一种基于模型的多变量的

6、控制算法，其基本原理可以从预测控制算法的三个要素——模型预测、滚动优化和反馈校正中体现出来引。预测控制算法的基本思路是通过对控制系统历史行为的评估，实现对被控对象未来输出的预测，从而预先采取一系广西科技攻关基金责助项目(鳊号：0815001-21)。修改稿收到日期：201l一03—22。第一作者蒋存波(1962一)．男．2005年毕业于桂林工学院地球探洲与信息技术专业．获硕士学位，教授；主要从事智能控制技术、嵌入式系统厦应用、自动检测与控制装置方面的研究。<自动化仪表》第33卷第1期2012年1月列措施，使被控对象的输m尽可能沿着设定的轨迹进行

7、调整。预测控制器原理框图如图l所示。图1预测控制器原理框图Fig．1Principleofthepredictivecontroller图l中：G。(s)为预测控制调节器传递函数；r为系统给定值；e为偏差信号；e=r—y；“为控制器的输出控制信号；G(s)为包含实行机构在内的广义被控对象的传递函数；y为系统输出。调节器Gc(s)对偏差e按所选择的控制算法进行运算，产生的控制信号“通过执行机构作用于被控对象C(s)，使系统的输出信号Y满足控制指标要求HJ。预测控制器的设计目的是利用当前及之前的激励和响应来预测今后某时刻系统的响应。以便预先采取适当

8、的控制，使系统在该控制信号产生控制作用时能够满足控制要求。本文针对具有一阶滞后特性的系统进行预测控制算法的研究，以具有此特性的电加热系统为试验对象，完