基于隱式廣義預(yù)測控制算法的LNG出口壓力控制系統(tǒng)研究.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中LNG出口壓力控制系統(tǒng)具有非常廣泛的應(yīng)用。伴隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對于LNG出口壓力控制的要求也越來越高。然而，就工業(yè)現(xiàn)場的壓力控制而言，是具有多變、復(fù)雜特點(diǎn)的過程，同時(shí)，在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場中，會(huì)有來自不同方面因素對LNG出口壓力控制進(jìn)行影響，再加上壓力控制對象普遍具有非線性、大慣性、擾動(dòng)因素多、大時(shí)滯等特點(diǎn)，這就會(huì)對壓力控制算法提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。
　　隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的先進(jìn)控制技術(shù)。由于它

2、能夠克服傳統(tǒng)控制技術(shù)的不足，因此被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)控制中。本文將LNG出口壓力作為研究對象，通過對廣義預(yù)測控制算法進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上，引出了通過直接辨識控制律參數(shù)的方式，對算法進(jìn)行計(jì)算，使得此控制算法的實(shí)時(shí)性更高、快速性更強(qiáng)，稱之為隱式廣義預(yù)測控制算法，并建立了基于隱式廣義預(yù)測控制算法的LNG出口壓力控制模型，通過MATLAB仿真對比了當(dāng)前PID算法和隱式廣義預(yù)測算法對于壓力控制的效果，還建立了以STM32為下位機(jī)的MCU的最小系統(tǒng)以

3、及必要的外圍電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了壓力采集電路、比例電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)利用C＃和Visual Studio-2010設(shè)計(jì)了LNG出口壓力控制上位機(jī)系統(tǒng)，方便了用戶對于壓力的顯示和控制。論文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.隱式廣義預(yù)測控制算法的分析和研究。本文針對一般的廣義預(yù)測控制算法，需要重復(fù)對Diophantine方程進(jìn)行在線推導(dǎo)、求解，同時(shí)也要多次對矩陣進(jìn)行求逆運(yùn)算，這樣增加了計(jì)算量，同時(shí)也使計(jì)算變得復(fù)雜；假設(shè)對系統(tǒng)的原模型

4、參數(shù)進(jìn)行直接辨識，同樣需要重復(fù)對Diophantine方程進(jìn)行在線推導(dǎo)、求解，若想算出控制律，必須對控制器的參數(shù)進(jìn)行求解，這樣也會(huì)對計(jì)算時(shí)間有所加長，系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性也會(huì)有所降低，考慮到以上因素嚴(yán)重制約了廣義預(yù)測控制算法的實(shí)際應(yīng)用，因此本文介紹了直接辨識控制律參數(shù)E、G、S。而不用對Diophantine方程在線反復(fù)推理、求解，對于計(jì)算時(shí)間的減少具有明顯的幫助，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了隱式廣義預(yù)測控制算法。
　　2.基于隱式廣義預(yù)測控制算

5、法的LNG出口壓力控制系統(tǒng)建模和研究。由于LNG壓力控制具有時(shí)變性、不確定性、大滯后性的特點(diǎn)，不僅僅是控制對象的不確定性、時(shí)變性、大滯后性，同時(shí)還具有儲(chǔ)罐容量大、較大波動(dòng)的用氣量、小時(shí)供氣量不勻稱性等特點(diǎn)，且在壓力控制過程中，LNG會(huì)有狀態(tài)的變化（液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)），因此現(xiàn)在用簡單的PID算法已經(jīng)無法達(dá)到控制的要求，利用隱式廣義預(yù)測控制算法的CARIMA模型，以及將LNG壓力控制抽象成一階線性滯后環(huán)節(jié)，構(gòu)建了基于隱式廣義預(yù)測控制算法的LN

6、G出口壓力控制框圖和隱式廣義預(yù)測控制器。通過仿真發(fā)現(xiàn)隱式廣義預(yù)測控制對于壓力控制的快速性、穩(wěn)定性、魯棒性會(huì)更加完美。
　　3.LNG出口壓力控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)?；陔[式廣義預(yù)測控制算法對本系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在硬件上采用Cortex-M3為內(nèi)核的STM32微處理器來作為嵌入式控制器的核心CPU，搭建了STM32最小系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了RS-485通信接口電路、壓力檢測電路、比例電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，并采用MODBUS-RTU協(xié)議作為通信協(xié)

7、議，為了實(shí)現(xiàn)各模塊間的相互通信和信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在原有協(xié)議的基礎(chǔ)上，針對本系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)了控制協(xié)議的格式，方便上下位機(jī)信息交流。同時(shí)也方便了LNG出口壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理。
　　4.LNG出口壓力控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。主要運(yùn)用Visual Studio-2010開發(fā)平臺(tái)及C＃語言進(jìn)行開發(fā)，通過參考其它控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)以及操作人員的使用習(xí)慣，設(shè)計(jì)了LNG出口壓力控制上位機(jī)系統(tǒng)，其主要包括系統(tǒng)設(shè)置界面、退出系統(tǒng)界面、參數(shù)