RBF-ARX模型在三容水箱液位预测控制系统中的应用

作     者：邓秋连 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭辉

授予年度：2008年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：三容水箱系统 预测控制 RBF-ARX模型 系统建模 

摘      要：由于目前理论上的研究尚缺乏实际背景的支持,新的科研成果一旦运用到生产实际就难免出现这样或那样的问题,因此严重阻碍了理论研究在生产实际中的应用。三容水箱系统的非线性、多变量、耦合性等特性在很大程度上模拟了生产实际中的复杂过程控制对象,论文主要围绕三容水箱系统的建模与预测控制问题展开了深入的研究,具体包括以下几个方面的内容: 首先着重介绍了RBF-ARX模型的结构。RBF-ARX模型是一种全局系统模型,能描述可在工作点附近局部线性化的、时变的非线性系统的动态特性,它的模型结构具有一个基本的线性ARX模型结构,其回归矩阵的系数是时变的,可由高斯径向基神经网络函数根据系统的当前工作状态在线计算得到。全局RBF-ARX模型的参数可离线辨识得出,而系统在工作点附近的局部线性模型则可以很容易的由全局RBF-ARX模型通过在线的简单转换计算得到,从而进一步避免了采用非线性规划方法解决基于RBF-ARX模型的预测控制中的含约束的在线优化问题。 其次详细研究了三容水箱系统的非线性产生原因,并就三容水箱的各种建模方法和控制策略进行了比较,充分说明了RBF-ARX模型在三容水箱系统建模中的优越性,然后利用常规的PID控制算法采集到的系统全局范围内的数据为三容水箱系统建立了两输入两输出的RBF-ARX模型,并就模型各参数的辨识、优化和具体选择办法给出了详细的分析说明。 再次在分析了两种基本的预测控制算法的基础上,根据预测控制的基本原理,提出了基于RBF-ARX模型的预测控制算法,并就其具体实现问题、参数选择问题和系统设计问题做了详细的介绍与说明。 最后,论文给出了三容水箱实际对象的RBF-ARX模型的预测控制算法的控制效果和常规的PID控制算法的控制效果的比较结果。实验研究结果表明,基于RBF-ARX模型的预测控制算法与常规的PID算法相比具有动态特性好、鲁棒性强等特点,即基于RBF-ARX模型的预测控制方法对于三容水箱液位系统的控制是有效的。