高性能雙層結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)控制算法及策略研究.pdf

1、模型預(yù)測(cè)控制(MPC)以其處理多變量、復(fù)雜約束、強(qiáng)耦合控制問(wèn)題的能力廣泛應(yīng)用于過(guò)程工業(yè)。傳統(tǒng)MPC以動(dòng)態(tài)控制算法為核心，實(shí)現(xiàn)輸出設(shè)定點(diǎn)的跟蹤，其設(shè)定點(diǎn)通常由操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出。隨著MPC相關(guān)理論技術(shù)的發(fā)展，往往是在MPC動(dòng)態(tài)控制上增加一層穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算，優(yōu)化求解設(shè)定值傳遞到下層進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。設(shè)定值的選取是否合理直接決定被控對(duì)象能否到達(dá)最佳的運(yùn)行狀態(tài)，因此，對(duì)于控制器的總體性能而言，穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算層的性能相對(duì)于動(dòng)態(tài)控制的效果更加重要。然而，

2、目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于MPC性能提升的研究主要針對(duì)動(dòng)態(tài)控制層的穩(wěn)定性，抗擾動(dòng)能力以及動(dòng)態(tài)控制效果等方面進(jìn)行，很少有針對(duì)控制器穩(wěn)態(tài)優(yōu)化性能提升的研究。
　　 本文以穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算為核心進(jìn)行高性能雙層結(jié)構(gòu)MPC算法和策略研究，基于LP-MPC形式的雙層結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)控制，以軟約束調(diào)整降序優(yōu)先級(jí)方法解決上層穩(wěn)態(tài)優(yōu)化不可行問(wèn)題，進(jìn)而以影子價(jià)格為基礎(chǔ)對(duì)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化約束邊界進(jìn)行整定，優(yōu)化控制器全局經(jīng)濟(jì)性能，并從可行域角度分析了代價(jià)系數(shù)對(duì)于穩(wěn)態(tài)優(yōu)化結(jié)果的影響，最

3、后以問(wèn)題實(shí)例闡述了雙層結(jié)構(gòu)MPC的應(yīng)用策略。本文主要工作和成果如下:
　　 1.針對(duì)傳統(tǒng)預(yù)測(cè)控制設(shè)定點(diǎn)人為給定的局限性，介紹了以LP問(wèn)題進(jìn)行局部穩(wěn)態(tài)優(yōu)化求解各變量設(shè)定值，結(jié)合DMC動(dòng)態(tài)控制算法的雙層結(jié)構(gòu)MPC策略，并闡述了以參數(shù)分析為主要手段的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法，從而引出本文高性能雙層結(jié)構(gòu)MPC的研究方向。
　　 2.針對(duì)穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算不可行問(wèn)題闡述了軟約束調(diào)整的加權(quán)方法，為有效地突顯不同約束條件的優(yōu)先級(jí)特性，進(jìn)一步提出軟約束調(diào)

4、整降序優(yōu)先級(jí)策略，并從可行域大小及計(jì)算復(fù)雜度兩個(gè)方面分析了降序策略與單純加權(quán)方法及升序策略的性能差異，從理論上證明了降序優(yōu)先級(jí)方法在性能方面相對(duì)另外兩種方法的優(yōu)勢(shì)。
　　 3.針對(duì)穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算約束邊界設(shè)定優(yōu)化問(wèn)題，以過(guò)程輸出的歷史數(shù)據(jù)估計(jì)擾動(dòng)特性從而確定約束的可整定范圍，并以影子價(jià)格分析不同約束對(duì)于系統(tǒng)性能的貢獻(xiàn)大小，由此提出基于影子價(jià)格的約束邊界整定策略。代價(jià)系數(shù)由過(guò)程輸入輸出對(duì)應(yīng)的成本和效益決定，而其設(shè)定值影響優(yōu)化問(wèn)題的尋優(yōu)