無偏模型預(yù)測控制的若干理論和方法研究.pdf

1、工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)為流程工業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機遇，同時也迫使流程工業(yè)必須面對成本、產(chǎn)量、質(zhì)量、環(huán)境等方面日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。以模型預(yù)測控制(ModelPredictive Control，MPC)為代表的先進(jìn)控制技術(shù)是應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的有力工具?？刂葡到y(tǒng)的無偏性是指在控制器作用下使被控變量漸進(jìn)跟蹤設(shè)定值，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差趨近于零的能力，是控制系統(tǒng)設(shè)計的一項基本要求?，F(xiàn)有MPC方法基本上可以實現(xiàn)無偏控制，但是由于在擾動建模和反饋校正機制上的不

2、同導(dǎo)致它們的抗擾性能有較大差異。在現(xiàn)有無偏MPC方法中將不可測擾動用統(tǒng)計特性未知的積分白噪聲來描述，主要存在著兩方面的問題。一方面實際應(yīng)用中的不可測擾動本質(zhì)特性是未知的，難以用積分白噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確刻畫，這樣就造成基于積分白噪聲假設(shè)而設(shè)計的濾波器不能得到最優(yōu)的估計性能，進(jìn)而影響系統(tǒng)的抗干擾能力。另一方面，現(xiàn)有方法中獲取噪聲的統(tǒng)計特性需要穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，并且在線計算量較大，如果系統(tǒng)工作范圍較寬或者經(jīng)常變負(fù)荷會造成穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)難以獲取，這樣會造成系統(tǒng)控制

3、性能的下降。針對這些問題，本文主要從擾動建模和受擾系統(tǒng)濾波器設(shè)計等方面研究如何在保證無偏控制的同時提升MPC的控制性能，特別是抗擾性能，主要研究成果如下:
　　(1)研究了噪聲統(tǒng)計特性未知情形下線性受擾系統(tǒng)的最小方差無偏(Minimum-Variance Unbiased，MVU)濾波器設(shè)計問題，在直通矩陣虧秩情況下提出了一種能同時估計狀態(tài)和擾動的MVU濾波器，最后給出了保證這類濾波器漸近穩(wěn)定的充分條件，并證明了其全局最優(yōu)性。

4、r>　　(2)為克服現(xiàn)有方法中噪聲動態(tài)特性描述不準(zhǔn)確以及統(tǒng)計特性的獲取計算量較大等問題，提出了一種基于MVU濾波器的線性無偏MPC設(shè)計方法，該方法能夠有效處理任意統(tǒng)計特性的擾動，從而可以減少部分?jǐn)_動建模的工作，提高M(jìn)PC的實時性，并使控制系統(tǒng)具有更好的抗干擾能力。
　　(3)為避免設(shè)計的復(fù)雜性和非線性求逆帶來的問題，提出了一種處理非線性特性未知Hammerstein系統(tǒng)的無偏MPC控制策略。該策略能夠有效應(yīng)對模型失配、時變參數(shù)等情