分層預(yù)測(cè)控制策略及其在工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用研究.pdf

1、在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，商品供求關(guān)系很難完全處于平衡的狀態(tài)，這樣就會(huì)造成商品價(jià)格的頻繁波動(dòng)、生產(chǎn)裝置最優(yōu)工況點(diǎn)發(fā)生偏移，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和過(guò)程控制品質(zhì)下降。為了使企業(yè)生產(chǎn)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，生產(chǎn)過(guò)程的操作需要及時(shí)獲取經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的最優(yōu)工況點(diǎn)，并使系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤該工況點(diǎn)。
　　作為一種優(yōu)化控制策略，模型預(yù)測(cè)控制(Model Predictive Control。MPC)相比傳統(tǒng)經(jīng)典的PID控制能達(dá)到更好的控制效果，提高能源利用率，

2、從而給企業(yè)帶來(lái)更顯著的經(jīng)濟(jì)效益。通常 MPC的最優(yōu)軌跡是根據(jù)設(shè)備操作人員經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的，往往會(huì)偏離實(shí)際的最優(yōu)工況點(diǎn)，而且對(duì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境變化不敏感。為了解決最優(yōu)工況點(diǎn)的自尋優(yōu)和控制跟蹤問(wèn)題，本研究針對(duì)優(yōu)化和控制相結(jié)合的分層模型預(yù)測(cè)控制策略(Hierarchical Model Predictive Control。HMPC)展開如下工作：
　?。?）綜述了前人在優(yōu)化控制策略方面的研究現(xiàn)狀和 HMPC策略的基本原理，闡述了先進(jìn)控制技術(shù)所帶來(lái)的

3、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和控制效果。
　　（2） HMPC策略的研究，首先要針對(duì)生存對(duì)象進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，構(gòu)建與關(guān)鍵變量有關(guān)的對(duì)象經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)模型，在工業(yè)過(guò)程模型的約束條件下，將經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃(Linear Programming。LP)問(wèn)題和非線性規(guī)劃(Non-Linear Programming。NLP)問(wèn)題。當(dāng)經(jīng)濟(jì)價(jià)格因子頻繁波動(dòng)時(shí)，分別用 LP和 SQP(Sequential Quadratic Programming)算法來(lái)

4、求解變量最優(yōu)值，作為系統(tǒng)新的最優(yōu)工況點(diǎn)，并傳遞給控制層?？刂茖舆x用 MPC算法來(lái)跟蹤工況點(diǎn)。將 CSTR過(guò)程作為仿真對(duì)象，仿真結(jié)果表明。HMPC策略可以保證 CSTR裝置始終運(yùn)行在最優(yōu)工況點(diǎn)，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
　?。?）針對(duì)非線性對(duì)象，其運(yùn)行過(guò)程對(duì)應(yīng)多個(gè)模態(tài)，固定的線性化模型只在平衡點(diǎn)附近有效，當(dāng)平衡點(diǎn)變化時(shí)，線性化模型失效，系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩超調(diào)，甚至系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，控制品質(zhì)下降，無(wú)法滿足系統(tǒng)控制要求。為了

5、解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出了分層多模型預(yù)測(cè)控制(Hierarchical Mutil-Model Predictive Control。HMMPC)策略，將整個(gè)工作區(qū)間按系統(tǒng)參數(shù)的變化，劃分為幾個(gè)子區(qū)間，在各子區(qū)間應(yīng)用小增益法建立相應(yīng)的線性化模型，在控制器采樣時(shí)刻采用輸出誤差指標(biāo)對(duì)子模型進(jìn)行切換，用切換后的子模型設(shè)計(jì) MPC控制器。通過(guò)仿真對(duì)比，HMMPC策略在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，能夠提高系統(tǒng)的控制效果，可以改善工況跳變時(shí)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的控