無(wú)偏模型預(yù)測(cè)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(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也迫使流程工業(yè)必須面對(duì)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(cè)控制(ModelPredictive Control，MPC)為代表的先進(jìn)控制技術(shù)是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的有力工具。控制系統(tǒng)的無(wú)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(jì)的一項(xiàng)基本要求?，F(xiàn)有MPC方法基本上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)偏控制，但是由于在擾動(dòng)建模和反饋校正機(jī)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(wú)偏MPC方法中將不可測(cè)擾動(dòng)用統(tǒng)計(jì)特性未知的積分白噪聲來(lái)描述，主要存在著兩方面的問(wèn)題。一方面實(shí)際應(yīng)用中的不可測(cè)擾動(dòng)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(huà)，這樣就造成基于積分白噪聲假設(shè)而設(shè)計(jì)的濾波器不能得到最優(yōu)的估計(jì)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(jì)特性需要穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，并且在線計(jì)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(huì)造成穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)難以獲取，這樣會(huì)造成系統(tǒng)控制

3、性能的下降。針對(duì)這些問(wèn)題，本文主要從擾動(dòng)建模和受擾系統(tǒng)濾波器設(shè)計(jì)等方面研究如何在保證無(wú)偏控制的同時(shí)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(jì)特性未知情形下線性受擾系統(tǒng)的最小方差無(wú)偏(Minimum-Variance Unbiased，MVU)濾波器設(shè)計(jì)問(wèn)題，在直通矩陣虧秩情況下提出了一種能同時(shí)估計(jì)狀態(tài)和擾動(dòng)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(dòng)態(tài)特性描述不準(zhǔn)確以及統(tǒng)計(jì)特性的獲取計(jì)算量較大等問(wèn)題，提出了一種基于MVU濾波器的線性無(wú)偏MPC設(shè)計(jì)方法，該方法能夠有效處理任意統(tǒng)計(jì)特性的擾動(dòng)，從而可以減少部分?jǐn)_動(dòng)建模的工作，提高M(jìn)PC的實(shí)時(shí)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(jì)的復(fù)雜性和非線性求逆帶來(lái)的問(wèn)題，提出了一種處理非線性特性未知Hammerstein系統(tǒng)的無(wú)偏MPC控制策略。該策略能夠有效應(yīng)對(duì)模型失配、時(shí)變參數(shù)等情