復(fù)雜工業(yè)過程模型預(yù)測控制的研究.pdf

1、本文在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)課題“復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過程實時智能控制理論與算法研究(2002CB312201)”的支持下，分別針對控制輸入受約束的不確定時滯系統(tǒng)、參數(shù)未知的非線性系統(tǒng)、以及參數(shù)未知的多變量非線性系統(tǒng)這三類復(fù)雜被控對象，進(jìn)行了模型預(yù)測控制方法的研究。給出了所提預(yù)測控制方法的穩(wěn)定性分析，并通過仿真實驗驗證了所提控制方法的有效性。選取一類具有多變量、強耦合、強非線性特性的復(fù)雜工業(yè)過程的典型實例——強制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)，將多模

2、型自適應(yīng)解耦預(yù)測控制方法應(yīng)用于強制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)，并且進(jìn)行了仿真實驗研究。本文的主要工作可歸納如下：
　　 (1)針對一類控制輸入受約束的多面體不確定時滯系統(tǒng)，通過選擇適當(dāng)?shù)亩魏瘮?shù)，將難以求解的min-max最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為基于線性矩陣不等式(linearmatrix inequalities，LMI)的凸優(yōu)化問題，提出了時滯相關(guān)魯棒模型預(yù)測控制方法。針對上述被控對象，將優(yōu)化性能指標(biāo)選取為包含多個終端加權(quán)項的有限時域目標(biāo)函數(shù)，提

3、出了單步魯棒模型預(yù)測控制(Robust one-step model predictive control)方法。該方法允許將未來控制序列中的第一個控制量u(klk)作為自由決策變量，而其它控制量仍然采用狀態(tài)反饋控制律。以線性矩陣不等式的形式給出了時滯無關(guān)和時滯相關(guān)兩種單步魯棒模型預(yù)測控制器綜合方法。并且，證明了上述魯棒模型預(yù)測控制算法的可行性和閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。通過仿真驗證了控制方法的有效性。
　　 (2)針對一類參數(shù)未知

4、的非線性系統(tǒng)，將自適應(yīng)預(yù)測控制器與多模型方法相結(jié)合提出了多模型自適應(yīng)預(yù)測控制方法。該方法由線性魯棒廣義預(yù)測自適應(yīng)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性廣義預(yù)測自適應(yīng)控制器和切換機制三部分構(gòu)成。線性魯棒廣義預(yù)測自適應(yīng)控制器用來保證閉環(huán)系統(tǒng)的輸入輸出信號有界，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性廣義預(yù)測自適應(yīng)控制器用來提高系統(tǒng)的性能。設(shè)計適當(dāng)?shù)那袚Q策略通過對上述兩種控制器的切換，保證閉環(huán)切換系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，改善系統(tǒng)性能。給出了上述控制方法的閉環(huán)穩(wěn)定性和收斂性分析。通過仿真驗證了

5、所提出控制方法的有效性。
　　 (3)針對一類參數(shù)未知的多變量非線性系統(tǒng)，設(shè)計了由反饋控制器、解耦補償器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性項補償器組成的非線性解耦控制器。在此基礎(chǔ)上，提出了由線性魯棒自適應(yīng)解耦預(yù)測控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性自適應(yīng)解耦預(yù)測控制器和切換機構(gòu)組成的多模型自適應(yīng)解耦預(yù)測控制方法。給出了閉環(huán)切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性分析。仿真結(jié)果也表明了利用所提的控制方法得到的解耦效果是令人滿意的。
　　 (4)建立了強制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)的動