工業(yè)大系統(tǒng)雙層結(jié)構(gòu)預測控制算法及策略研究.pdf

1、雙層結(jié)構(gòu)預測控制解決了預測控制的設(shè)定值選取是否合理等關(guān)鍵性問題，并實現(xiàn)了面向系統(tǒng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和設(shè)定值優(yōu)化問題與面向設(shè)定值跟蹤問題相分離，使得優(yōu)化與控制的層次變得清晰。然而，在實際工業(yè)大系統(tǒng)的應用中，預測控制的在線計算量較大，因為預測控制需要在線求解有約束的多變量優(yōu)化控制問題，這在一定程度上限制了預測控制在大規(guī)模系統(tǒng)的應用推廣，使得雙層結(jié)構(gòu)預測控制局限于小規(guī)模系統(tǒng)。在現(xiàn)有的國內(nèi)外學術(shù)研究中，對雙層結(jié)構(gòu)預測控制的優(yōu)化理論與動態(tài)控制技術(shù)的研

2、究分析不夠完善，使得其控制策略在工業(yè)應用中缺乏理論指導。
　　本文以應用為導向，通過對穩(wěn)態(tài)目標優(yōu)化層和動態(tài)控制層內(nèi)在關(guān)系的理論分析，發(fā)現(xiàn)動態(tài)控制層中控制輸入量和控制時域長度是導致雙層結(jié)構(gòu)預測控制算法計算量過大、時間過長的關(guān)鍵因素，且計算復雜度正比于控制輸入量與控制時域長度乘積的三次方?；谏鲜龅难芯糠治?，對該算法的優(yōu)化與控制進行結(jié)構(gòu)改造，提出一種集中優(yōu)化分散控制的雙層結(jié)構(gòu)預測控制策略，在降低預測控制在大規(guī)模系統(tǒng)在線實施中的計算量同

3、時，保持系統(tǒng)的全局優(yōu)化性能。并分析了工業(yè)大系統(tǒng)雙層結(jié)構(gòu)策略在模型失配和不可測擾動情況下的經(jīng)濟性和魯棒性。本文的主要工作和成果如下:
　　1.針對傳統(tǒng)預測控制人為設(shè)定期望值的缺陷，闡述了以穩(wěn)態(tài)目標計算自動尋優(yōu)方法結(jié)合動態(tài)控制進行設(shè)定值跟蹤的線性規(guī)劃形式的雙層結(jié)構(gòu)預測控制算法，并從控制結(jié)構(gòu)角度上對算法進行描述，從而引出優(yōu)化與控制內(nèi)在關(guān)系的研究方向。
　　2.針對在雙層結(jié)構(gòu)預測控制計算復雜度較高，在線求解時間較長的問題，通過對雙層

4、結(jié)構(gòu)預測控制算法進行計算復雜度的理論與仿真分析，得出動態(tài)控制的求解速率是影響雙層結(jié)構(gòu)預測控制算法是否能快速求解的關(guān)鍵因素，且其計算復雜度正比于控制輸入量與控制時域長度乘積的三次方，為雙層結(jié)構(gòu)預測控制在工程設(shè)計中的應用提供了有益的參考。
　　3.為了降低預測控制在大規(guī)模系統(tǒng)在線實施中的計算量，并保持系統(tǒng)的全局優(yōu)化性能，提出一種集中優(yōu)化與分散控制的雙層結(jié)構(gòu)預測控制策略。該策略是在全過程模型的基礎(chǔ)上，利用穩(wěn)態(tài)目標計算層對系統(tǒng)進行集中優(yōu)化

5、，并將系統(tǒng)的動態(tài)控制層劃分為多個子系統(tǒng)，各子預測控制器利用各自的子過程模型來進行動態(tài)控制，實現(xiàn)系統(tǒng)保持全局最優(yōu)性的同時，降低在線動態(tài)控制計算量;在各個子系統(tǒng)之間添加前饋控制器對中間變量的擾動進行補償，降低中間變量擾動對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的動態(tài)控制性能。
　　4.針對工業(yè)大系統(tǒng)雙層結(jié)構(gòu)預測控制策略出現(xiàn)模型失配和不可測擾動的影響，將穩(wěn)態(tài)誤差的概念引入對穩(wěn)態(tài)目標計算的經(jīng)濟性能目標函數(shù)中，從而消除穩(wěn)態(tài)預測誤差的影響，并對模型失配和不可測