基于LQG基準的模型預測控制系統(tǒng)性能評價研究與應用.pdf

1、隨著計算機技術(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、自動化。這就要求著更先進的控制算法來控制工業(yè)過程，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。因此先進控制算法近些年得到了飛速發(fā)展，其中模型預測控制（Model Predictive Control,MPC）是應用最廣泛也是最有效的一類先進控制算法。模型預測控制結(jié)合了預測模型、滾動優(yōu)化及反饋控制的控制方法，可達到系統(tǒng)的約束邊界，大大地提高工業(yè)效益。但在實際工業(yè)應用中，由于控制器整定不足

2、或缺少維護，以及系統(tǒng)設(shè)備故障等因素，會出現(xiàn)控制性能變差的現(xiàn)象。若不能及時地采取一定的措施，會對企業(yè)帶來嚴重的損失。因此需要開展MPC系統(tǒng)的控制性能評價理論研究，形成實時的性能監(jiān)控體系，達到性能監(jiān)控的目的。本文以線性二次高斯（Linear quadratic Gaussian,LQG）基準作為MPC系統(tǒng)的性能評價指標，展開對MPC系統(tǒng)的控制性能評價研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　首先對模型預測控制系統(tǒng)進行性能評價的目的及意義進行簡單介

3、紹，接著分別針對模型預測控制與控制性能評價的發(fā)展過程與研究現(xiàn)狀進行描述，并分析了當前課題的發(fā)展趨勢與難題。
　　然后針對模型預測控制的動態(tài)矩陣控制算法，以預測模型、滾動優(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)進行算法推導，并分別以單容水箱與精餾塔為對象進行仿真分析。通過分析仿真結(jié)果，與常規(guī)PID控制比較，充分驗證了MPC控制算法的優(yōu)越性。接著進行LQG基準理論研究，以性能限制曲線為最終目標，分別對其三種不同算法：基于狀態(tài)

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