復(fù)雜工業(yè)過(guò)程模型預(yù)測(cè)控制的研究.pdf

1、本文在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)課題“復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)智能控制理論與算法研究(2002CB312201)”的支持下，分別針對(duì)控制輸入受約束的不確定時(shí)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(duì)象，進(jìn)行了模型預(yù)測(cè)控制方法的研究。給出了所提預(yù)測(cè)控制方法的穩(wěn)定性分析，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制方法的有效性。選取一類具有多變量、強(qiáng)耦合、強(qiáng)非線性特性的復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的典型實(shí)例——強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)，將多模

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

3、出了單步魯棒模型預(yù)測(cè)控制(Robust one-step model predictive control)方法。該方法允許將未來(lái)控制序列中的第一個(gè)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(shí)滯無(wú)關(guān)和時(shí)滯相關(guān)兩種單步魯棒模型預(yù)測(cè)控制器綜合方法。并且，證明了上述魯棒模型預(yù)測(cè)控制算法的可行性和閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。通過(guò)仿真驗(yàn)證了控制方法的有效性。
　　 (2)針對(duì)一類參數(shù)未知

4、的非線性系統(tǒng)，將自適應(yīng)預(yù)測(cè)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(cè)控制方法。該方法由線性魯棒廣義預(yù)測(cè)自適應(yīng)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性廣義預(yù)測(cè)自適應(yīng)控制器和切換機(jī)制三部分構(gòu)成。線性魯棒廣義預(yù)測(cè)自適應(yīng)控制器用來(lái)保證閉環(huán)系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)有界，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性廣義預(yù)測(cè)自適應(yīng)控制器用來(lái)提高系統(tǒng)的性能。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)那袚Q策略通過(guò)對(duì)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(shí)，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(guò)仿真驗(yàn)證了

5、所提出控制方法的有效性。
　　 (3)針對(duì)一類參數(shù)未知的多變量非線性系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了由反饋控制器、解耦補(bǔ)償器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性項(xiàng)補(bǔ)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(cè)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性自適應(yīng)解耦預(yù)測(cè)控制器和切換機(jī)構(gòu)組成的多模型自適應(yīng)解耦預(yù)測(cè)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(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)的動(dòng)