基于組合模型的非線性預測控制算法及其應用研究.pdf

1、化工過程中有大量的非線性系統(tǒng)可用包含靜態(tài)非線性部分和線性動態(tài)部分兩部分的組合模型加以描述，本文針對這類系統(tǒng)，提出了兩種預測模型及三種非線性預測控制(NMPC)算法，并在一套耦合水箱液位控制系統(tǒng)中進行了實驗，驗證了其有效性。本文主要內(nèi)容如下： 1)通過分析對比現(xiàn)有文獻中非線性預測控制算法常用的預測模型，提出了采用點集映射描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸入和穩(wěn)態(tài)輸出關(guān)系的數(shù)值穩(wěn)態(tài)模型，進而提出了數(shù)值穩(wěn)態(tài)-ARX組合模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡-ARX組合模型兩

2、種預測模型。 2)對于SISO非線性系統(tǒng)，用數(shù)值穩(wěn)態(tài)模型代替解析模型來描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)非線性特性，簡化了模型辨識過程；采用類似Hammerstein模型結(jié)構(gòu)形式的非線性穩(wěn)態(tài)模型在前，線性動態(tài)模型在后的數(shù)值穩(wěn)態(tài)-AIX組合模型，通過穩(wěn)態(tài)模型來在線修正離線辨識得到的ARX模型的參數(shù)，提出了用一個變參數(shù)的ARX進行控制的數(shù)值NMPC算法。 3)對于SISO非線性系統(tǒng)，提出了數(shù)值穩(wěn)態(tài)模型和線性ARX模型并聯(lián)的組合模型。在仍以穩(wěn)態(tài)模

3、型在線修正離線辨識得到的ARX模型參數(shù)為主的同時，結(jié)合自適應控制中常用的遞歸最小二次法(RLS)來進一步提高預測模型的自我修正能力，在提高控制響應快速性的同時也提高了系統(tǒng)在工作點附近的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)。用序列二次優(yōu)化算法進行在線優(yōu)化，提出了可以應用于強非線性系統(tǒng)的自適應NMPC算法。 4)對于MIMO非線性系統(tǒng)，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡來描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，提出了BP-ARX組合模型。通過BP穩(wěn)態(tài)模型來在線修正離散辮識得到的ARX模型的參數(shù)，用一

4、個變參數(shù)的ARX進行預測控制；同時，在上述自適應NMPC算法的基礎上，定義了切換系數(shù)來約束自適應算法的作用時間，使得當且僅當系統(tǒng)實際輸出值與輸出設定值間的誤差小于的設定值時NMPC控制器才包含RLS算法，最終提出了變參數(shù)的非線性預測控制算法(PV-NMPC)。 5)對以本文算法為基礎的NPC(非線性預測控制)軟件的體系結(jié)構(gòu)和功能模塊進行了探討。 6）分別將第3、4章所述算法在一套耦合水箱液位控制系統(tǒng)中進行實驗，并與PI加前饋控制