本文關(guān)鍵詞：改進(jìn)差分進(jìn)化算法及分?jǐn)?shù)階建模在管殼式換熱器模型預(yù)測(cè)控制中的應(yīng)用

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【摘要】：研究中主要針對(duì)傳統(tǒng)的二階慣性系統(tǒng)模型精度不高、大范圍工況變化時(shí)模型失配明顯的問題,提出了新的模型結(jié)構(gòu),同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的優(yōu)化算法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn),使之具有更強(qiáng)的魯棒性和計(jì)算效率,能夠應(yīng)用到在線求解非線性模型預(yù)測(cè)控制中的最優(yōu)控制律,為實(shí)現(xiàn)相似系統(tǒng)的更高精度的建模奠定前期基礎(chǔ)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容為:對(duì)傳統(tǒng)的優(yōu)化算法—差分進(jìn)化算法進(jìn)行了兩點(diǎn)改進(jìn),在MATLAB中驗(yàn)證了改進(jìn)后的算法性能提升明顯,建立了管殼式換熱器的分?jǐn)?shù)階模型,并將改進(jìn)差分進(jìn)化算法應(yīng)用到管殼式換熱器的非線性模型預(yù)測(cè)控制中。在簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上采用了基于誤差的變預(yù)測(cè)時(shí)域和變約束條件控制策略,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制策略能夠有效減少系統(tǒng)的振蕩。1)根據(jù)熱力學(xué)模型推導(dǎo)了管殼式換熱器的分?jǐn)?shù)階模型結(jié)構(gòu),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在階躍響應(yīng)條件下管殼式換熱器的分?jǐn)?shù)階模型具有更高的精度和更好的魯棒性,在工況變化時(shí)仍然能夠保持較好的模型精度。2)本文采用非線性模型預(yù)測(cè)控制的控制方法對(duì)管殼式換熱器進(jìn)行控制,在尋優(yōu)算法方面對(duì)原有的差分進(jìn)化算法進(jìn)行了改進(jìn),主要通過(guò)參數(shù)的改變達(dá)到提高算法性能的目的。3)最后,搭建了簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了管殼式換熱器的Weiner模型,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用分?jǐn)?shù)階模型和改進(jìn)差分進(jìn)化算法后,控制精度相比于傳統(tǒng)的二階慣性模型有了較大的提高。4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用基于誤差的可變預(yù)測(cè)時(shí)域和可變約束條件控制策略,預(yù)測(cè)時(shí)域和約束條件具有乒乓結(jié)構(gòu),即誤差大于閾值時(shí)采用較長(zhǎng)的預(yù)測(cè)時(shí)域和較高的輸入約束閾值,誤差小于閾值時(shí)采用較短的預(yù)測(cè)時(shí)域和較小的輸入約束閾值,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能有效抑制系統(tǒng)的振蕩.
【關(guān)鍵詞】：差分進(jìn)化算法 模型預(yù)測(cè)控制 分?jǐn)?shù)階微積分 管殼式換熱器 分?jǐn)?shù)階模型
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP18;TK172
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題背景與研究意義9
• 1.2 分?jǐn)?shù)階微積分理論研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 非線性模型預(yù)測(cè)控制研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3.1 傳統(tǒng)算法的改進(jìn)11-12
• 1.3.2 智能算法的研究12
• 1.4 本課題主要研究?jī)?nèi)容12-14
• 第2章 非線性模型預(yù)測(cè)控制的基本原理與分?jǐn)?shù)階微積分的基本理論14-25
• 2.1 引言14-15
• 2.2 非線性模型預(yù)測(cè)控制的基本原理及數(shù)學(xué)描述15-18
• 2.2.1 非線性模型預(yù)測(cè)控制的基本原理15-16
• 2.2.2 非線性模型預(yù)測(cè)控制的預(yù)測(cè)模型16-17
• 2.2.3 非線性模型預(yù)測(cè)控制的統(tǒng)一數(shù)學(xué)描述17-18
• 2.3 非線性模型預(yù)測(cè)控制中的求解算法18-19
• 2.3.1 求解凸非線性規(guī)劃的SQP法18-19
• 2.3.2 求解非線性規(guī)劃的智能算法19
• 2.4 分?jǐn)?shù)階微積分的基本理論19-22
• 2.4.1 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)的定義19-20
• 2.4.2 分?jǐn)?shù)階拉普拉斯變換和逆變換20-21
• 2.4.3 分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論21-22
• 2.5 分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)模型參數(shù)的最小二乘辨識(shí)法22-24
• 2.6 本章總結(jié)24-25
• 第3章 差分進(jìn)化算法的改進(jìn)25-37
• 3.1 引言25
• 3.2 傳統(tǒng)差分進(jìn)化算法的基本原理25-27
• 3.2.1 傳統(tǒng)差分進(jìn)化算法的基本步驟25-27
• 3.2.2 傳統(tǒng)差分進(jìn)化算法的參數(shù)意義27
• 3.3 差分進(jìn)化算法的改進(jìn)策略27-34
• 3.3.1 變異策略的改進(jìn)27-29
• 3.3.2 變異算子和交叉率的選擇29-34
• 3.4 改進(jìn)差分進(jìn)化算法有效性的證明34-36
• 3.5 本章總結(jié)36-37
• 第4章 管殼式換熱器的分?jǐn)?shù)階模型37-46
• 4.1 引言37-38
• 4.2 管殼式換熱器的分?jǐn)?shù)階模型38-43
• 4.2.1 管殼式換熱器模型概述38
• 4.2.2 管殼式換熱器的分?jǐn)?shù)階模型定性推導(dǎo)38-43
• 4.3 基于輸出誤差的可變控制時(shí)域、可變預(yù)測(cè)時(shí)域和可變約束控制策略43-44
• 4.4 本章總結(jié)44-46
• 第5章 基于分?jǐn)?shù)階模型和改進(jìn)差分進(jìn)化算法的管殼式換熱器的實(shí)驗(yàn)46-56
• 5.1 引言46
• 5.2 管殼式換熱器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建46-52
• 5.2.1 換熱器主體基本參數(shù)46-47
• 5.2.2 輸入輸出接口電路的設(shè)計(jì)47-49
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的非線性模型預(yù)測(cè)控制的數(shù)學(xué)描述49-50
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)程序偽代碼及改進(jìn)差分進(jìn)化算法參數(shù)設(shè)置50-52
• 5.3 分?jǐn)?shù)階模型與二階慣性指數(shù)模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析52-54
• 5.4 常預(yù)測(cè)時(shí)域與變預(yù)測(cè)時(shí)域、變控制時(shí)域和可變約束控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析54-55
• 5.5 本章總結(jié)55-56
• 第6章 全文總結(jié)56-58
• 6.1 本文研究工作總結(jié)56
• 6.2 下一步工作展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 作者簡(jiǎn)介以及在讀期間的研究成果62-63
• 致謝63

【參考文獻(xiàn)】

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3 賀毅朝;王熙照;劉坤起;王彥祺;;差分演化的收斂性分析與算法改進(jìn)[J];軟件學(xué)報(bào);2010年05期

4 李華杰;呂文祥;黃德先;;基于差分進(jìn)化算法的多變量預(yù)測(cè)控制在蒸餾裝置上的應(yīng)用[J];化工進(jìn)展;2009年04期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李旺;分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)辨識(shí)與控制器設(shè)計(jì)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：840470