区间预测控制算法的研究

作     者：戴超 

作者单位：辽宁石油化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李平

授予年度：2020年

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

主      题：预测控制算法 三角区间 梯形区间 单边区间控制 动态矩阵控制 

摘      要：在实际工业生产过程中,最为常见的控制目的是将被控变量维持在设定目标值,即设定值控制。而在很多实际情况中,在考虑产品质量、能耗、物耗等多种因素的前提下,系统输出不一定再需要遵守设定目标值控制的控制要求,而是满足在一定区间内的控制要求即可。这就意味着这些变量仅当未来的预测值超出要求的区间时才被看作被控变量。采用区间控制,可以给予控制器抑制扰动有较大的自由度。当输出超出区间时,需要较强的控制作用使输出快速返回设定区间。对于具有多变量强耦合特点的工业过程对象,控制系统的稳定性至关重要。这样就存在着协调控制的快速性和稳定性之间的矛盾。因此,研究区间预测控制算法及稳定性具有重要的理论意义和实际应用价值。针对实际控制中控制目标偏离区间上下边界时控制器的调节力度存在差异,且当系统受到干扰而超出容忍区间时能否迅速进行优化控制等问题,本文提出一种基于动态矩阵控制的单边梯形区间预测控制算法。根据实际需求,对输出加权矩阵Q、Q进行不同的取值,设定梯形区间范围,将被控变量控制在梯形区间内,有效缓解了系统瞬态偏差带来的不稳定;同时,在偏离控制区间的上下边界时控制器的调节力度不同,从而提升系统的鲁棒性和快速性,能更好地适应复杂工业环境。为了在区间内部时被控变量能具有一定控制力度,降低被控变量在区间内部时的变化频率,本文进一步提出了兼顾设定值控制和区间控制优势的单边三角区间预测控制算法。该算法加入了设定值控制项,使控制输出在控制区间内时也在不断进行优化,输出能更好地靠近设定目标值。本文运用二元板式精馏塔的二阶模型对文中提出的单边梯形区间预测控制算法与单边三角区间预测控制算法进行仿真实验,验证了两种算法的控制效果。