本文關(guān)鍵詞：基于LQG基準(zhǔn)的模型預(yù)測控制系統(tǒng)性能評價(jià)研究與應(yīng)用　出處：《天津理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)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(dòng)化。這就要求著更先進(jìn)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(yùn)行。因此先進(jìn)控制算法近些年得到了飛速發(fā)展,其中模型預(yù)測控制(Model Predictive Control,MPC)是應(yīng)用最廣泛也是最有效的一類先進(jìn)控制算法。模型預(yù)測控制結(jié)合了預(yù)測模型、滾動(dòng)優(yōu)化及反饋控制的控制方法,可達(dá)到系統(tǒng)的約束邊界,大大地提高工業(yè)效益。但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中,由于控制器整定不足或缺少維護(hù),以及系統(tǒng)設(shè)備故障等因素,會(huì)出現(xiàn)控制性能變差的現(xiàn)象。若不能及時(shí)地采取一定的措施,會(huì)對企業(yè)帶來嚴(yán)重的損失。因此需要開展MPC系統(tǒng)的控制性能評價(jià)理論研究,形成實(shí)時(shí)的性能監(jiān)控體系,達(dá)到性能監(jiān)控的目的。本文以線性二次高斯(Linear quadratic Gaussian,LQG)基準(zhǔn)作為MPC系統(tǒng)的性能評價(jià)指標(biāo),展開對MPC系統(tǒng)的控制性能評價(jià)研究。主要研究內(nèi)容如下:首先對模型預(yù)測控制系統(tǒng)進(jìn)行性能評價(jià)的目的及意義進(jìn)行簡單介紹,接著分別針對模型預(yù)測控制與控制性能評價(jià)的發(fā)展過程與研究現(xiàn)狀進(jìn)行描述,并分析了當(dāng)前課題的發(fā)展趨勢與難題。然后針對模型預(yù)測控制的動(dòng)態(tài)矩陣控制算法,以預(yù)測模型、滾動(dòng)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(jìn)行算法推導(dǎo),并分別以單容水箱與精餾塔為對象進(jìn)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(yàn)證了MPC控制算法的優(yōu)越性。接著進(jìn)行LQG基準(zhǔn)理論研究,以性能限制曲線為最終目標(biāo),分別對其三種不同算法:基于狀態(tài)空間模型的算法、基于多項(xiàng)式模型的算法及基于子空間模型的算法進(jìn)行推導(dǎo)比較,分析出各自的優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍。最后在傳統(tǒng)的評價(jià)基準(zhǔn)上,將LQG基準(zhǔn)應(yīng)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(shí)際意義的性能指標(biāo),為MPC系統(tǒng)進(jìn)行性能評價(jià)提供更符合實(shí)際的理論依據(jù)。為解決MPC系統(tǒng)的一致性估計(jì)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(shí)算法作為理論依據(jù),通過最小化目標(biāo)函數(shù)獲得LQG基準(zhǔn)。將MPC的滾動(dòng)優(yōu)化思想與LQG基準(zhǔn)理論結(jié)合,設(shè)計(jì)了LQG控制器,并通過在精餾塔的仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273

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本文編號：1316408