本文關(guān)鍵詞：分層預(yù)測控制策略及其在工業(yè)過程中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在市場競爭日益激烈的今天,商品供求關(guān)系很難完全處于平衡的狀態(tài),這樣就會(huì)造成商品價(jià)格的頻繁波動(dòng)、生產(chǎn)裝置最優(yōu)工況點(diǎn)發(fā)生偏移,導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和過程控制品質(zhì)下降。為了使企業(yè)生產(chǎn)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益,生產(chǎn)過程的操作需要及時(shí)獲取經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的最優(yōu)工況點(diǎn),并使系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤該工況點(diǎn)。作為一種優(yōu)化控制策略,模型預(yù)測控制(Model Predictive Control,MPC)相比傳統(tǒng)經(jīng)典的PID控制能達(dá)到更好的控制效果,提高能源利用率,從而給企業(yè)帶來更顯著的經(jīng)濟(jì)效益。通常MPC的最優(yōu)軌跡是根據(jù)設(shè)備操作人員經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的,往往會(huì)偏離實(shí)際的最優(yōu)工況點(diǎn),而且對(duì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境變化不敏感。為了解決最優(yōu)工況點(diǎn)的自尋優(yōu)和控制跟蹤問題,本研究針對(duì)優(yōu)化和控制相結(jié)合的分層模型預(yù)測控制策略(Hierarchical Model Predictive Control,HMPC)展開如下工作:(1)綜述了前人在優(yōu)化控制策略方面的研究現(xiàn)狀和HMPC策略的基本原理,闡述了先進(jìn)控制技術(shù)所帶來的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和控制效果。(2)HMPC策略的研究,首先要針對(duì)生存對(duì)象進(jìn)行市場調(diào)研,構(gòu)建與關(guān)鍵變量有關(guān)的對(duì)象經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)模型,在工業(yè)過程模型的約束條件下,將經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃(Linear Programming,LP)問題和非線性規(guī)劃(Non-Linear Programming,NLP)問題。當(dāng)經(jīng)濟(jì)價(jià)格因子頻繁波動(dòng)時(shí),分別用LP和SQP(Sequential Quadratic Programming)算法來求解變量最優(yōu)值,作為系統(tǒng)新的最優(yōu)工況點(diǎn),并傳遞給控制層�？刂茖舆x用MPC算法來跟蹤工況點(diǎn)。將CSTR過程作為仿真對(duì)象,仿真結(jié)果表明,HMPC策略可以保證CSTR裝置始終運(yùn)行在最優(yōu)工況點(diǎn),在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),還能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。(3)針對(duì)非線性對(duì)象,其運(yùn)行過程對(duì)應(yīng)多個(gè)模態(tài),固定的線性化模型只在平衡點(diǎn)附近有效,當(dāng)平衡點(diǎn)變化時(shí),線性化模型失效,系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩超調(diào),甚至系統(tǒng)失去穩(wěn)定性,控制品質(zhì)下降,無法滿足系統(tǒng)控制要求。為了解決這個(gè)問題,本文提出了分層多模型預(yù)測控制(Hierarchical Mutil-Model Predictive Control,HMMPC)策略,將整個(gè)工作區(qū)間按系統(tǒng)參數(shù)的變化,劃分為幾個(gè)子區(qū)間,在各子區(qū)間應(yīng)用小增益法建立相應(yīng)的線性化模型,在控制器采樣時(shí)刻采用輸出誤差指標(biāo)對(duì)子模型進(jìn)行切換,用切換后的子模型設(shè)計(jì)MPC控制器。通過仿真對(duì)比,HMMPC策略在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下,能夠提高系統(tǒng)的控制效果,可以改善工況跳變時(shí)系統(tǒng)過渡過程的控制品質(zhì)。(4)將HMPC策略應(yīng)用到重油分餾塔工業(yè)對(duì)象中,并利用仿真驗(yàn)證其有效性,表明了HMPC在工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢。(5)最后,對(duì)本文的工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)未來在HMPC策略上有待進(jìn)一步研究的問題以及發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：分層預(yù)測控制 經(jīng)濟(jì)優(yōu)化 最優(yōu)工況點(diǎn) 多模型控制 經(jīng)濟(jì)效益
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：F273;TP13
【目錄】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景及意義11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 課題研究意義12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 優(yōu)化控制技術(shù)研究13-14
• 1.2.2 HMPC在提高經(jīng)濟(jì)效益方面的研究14-15
• 1.2.3 HMPC在提高控制性能方面的研究15
• 1.3 本文研究內(nèi)容15-17
• 第2章 HMPC策略17-27
• 2.1 引言17-18
• 2.2 生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度18-19
• 2.3 實(shí)時(shí)優(yōu)化19-23
• 2.3.1 線性規(guī)劃21-22
• 2.3.2 非線性規(guī)劃22-23
• 2.4 模型預(yù)測控制23-25
• 2.4.1 預(yù)測模型23-24
• 2.4.2 滾動(dòng)優(yōu)化24-25
• 2.4.3 反饋校正25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第3章 基于單一模型的分層預(yù)測控制策略研究27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 單一模型的分層預(yù)測控制結(jié)構(gòu)27-28
• 3.3 目標(biāo)優(yōu)化28-31
• 3.3.1 目標(biāo)函數(shù)LP優(yōu)化計(jì)算29-30
• 3.3.2 目標(biāo)函數(shù)SQP優(yōu)化計(jì)算30-31
• 3.4 動(dòng)態(tài)控制器設(shè)計(jì)31
• 3.5 仿真研究31-40
• 3.5.1 模型的建立31-33
• 3.5.2 目標(biāo)優(yōu)化33-36
• 3.5.3 控制器設(shè)計(jì)36-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章 基于多模型的分層預(yù)測控制策略研究41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 多模型預(yù)測控制41-44
• 4.3 基于多模型的分層預(yù)測控制結(jié)構(gòu)44
• 4.4 動(dòng)態(tài)控制器設(shè)計(jì)44-46
• 4.4.1 多模型預(yù)測控制器45
• 4.4.2 預(yù)測控制器45-46
• 4.4.3 切換策略46
• 4.5 仿真研究46-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 第5章 分層預(yù)測控制策略的應(yīng)用研究50-53
• 5.1 引言50
• 5.2 重油分餾塔工藝流程50-51
• 5.3 重油分餾塔經(jīng)濟(jì)優(yōu)化51-52
• 5.4 重油分餾塔控制器設(shè)計(jì)52-53
• 第6章 總結(jié)與展望53-55
• 6.1 總結(jié)53
• 6.2 展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 致謝61-62
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文62

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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10 宋治強(qiáng);王昕;王振雷;;基于動(dòng)態(tài)優(yōu)化的多模型廣義預(yù)測控制器設(shè)計(jì)[J];江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年05期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳橋;現(xiàn)貨價(jià)格波動(dòng)下原材料最優(yōu)采購決策研究[D];浙江大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：分層預(yù)測控制策略及其在工業(yè)過程中的應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：432099