基于LQG基準(zhǔn)的模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)4.0等概念的提出，工業(yè)過程更趨向于智能化、自動(dòng)化。這就要求著更先進(jìn)的控制算法來控制工業(yè)過程，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。因此先進(jìn)控制算法近些年得到了飛速發(fā)展，其中模型預(yù)測(cè)控制（Model Predictive Control,MPC）是應(yīng)用最廣泛也是最有效的一類先進(jìn)控制算法。模型預(yù)測(cè)控制結(jié)合了預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化及反饋控制的控制方法，可達(dá)到系統(tǒng)的約束邊界，大大地提高工業(yè)效益。但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，由于控制器整定不足

2、或缺少維護(hù)，以及系統(tǒng)設(shè)備故障等因素，會(huì)出現(xiàn)控制性能變差的現(xiàn)象。若不能及時(shí)地采取一定的措施，會(huì)對(duì)企業(yè)帶來嚴(yán)重的損失。因此需要開展MPC系統(tǒng)的控制性能評(píng)價(jià)理論研究，形成實(shí)時(shí)的性能監(jiān)控體系，達(dá)到性能監(jiān)控的目的。本文以線性二次高斯（Linear quadratic Gaussian,LQG）基準(zhǔn)作為MPC系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，展開對(duì)MPC系統(tǒng)的控制性能評(píng)價(jià)研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先對(duì)模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)的目的及意義進(jìn)行簡(jiǎn)單介

3、紹，接著分別針對(duì)模型預(yù)測(cè)控制與控制性能評(píng)價(jià)的發(fā)展過程與研究現(xiàn)狀進(jìn)行描述，并分析了當(dāng)前課題的發(fā)展趨勢(shì)與難題。
　　然后針對(duì)模型預(yù)測(cè)控制的動(dòng)態(tài)矩陣控制算法，以預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化與反饋校正為主要方面，分別在單變量與多變量系統(tǒng)進(jìn)行算法推導(dǎo)，并分別以單容水箱與精餾塔為對(duì)象進(jìn)行仿真分析。通過分析仿真結(jié)果，與常規(guī)PID控制比較，充分驗(yàn)證了MPC控制算法的優(yōu)越性。接著進(jìn)行LQG基準(zhǔn)理論研究，以性能限制曲線為最終目標(biāo)，分別對(duì)其三種不同算法：基于狀態(tài)

4、空間模型的算法、基于多項(xiàng)式模型的算法及基于子空間模型的算法進(jìn)行推導(dǎo)比較，分析出各自的優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍。
　　最后在傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)上，將LQG基準(zhǔn)應(yīng)用到MPC系統(tǒng)中，能夠考慮到輸入條件的限制，得到更具有實(shí)際意義的性能指標(biāo)，為MPC系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)提供更符合實(shí)際的理論依據(jù)。為解決MPC系統(tǒng)的一致性估計(jì)難以獲取問題，在子空間算法的基礎(chǔ)上，將聯(lián)合輸入輸出閉環(huán)子空間辨識(shí)算法作為理論依據(jù)，通過最小化目標(biāo)函數(shù)獲得LQG基準(zhǔn)。將MPC的滾動(dòng)優(yōu)化思