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磁悬浮系统自抗扰广义预测控制

哈尔滨工业大学学报 2022年第9期54卷 141-150页

作者：王金锁蒋启龙罗雨刘腾飞西南交通大学电气工程学院成都611756 磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室(西南交通大学) 成都611756

针对负载扰动以及轨道“台阶”现象可能导致磁浮列车失稳的问题,将自抗扰广义预测控制(LADRC⁃GPC)理论引入磁浮列车悬浮系统,设计了一种新型悬浮控制器。控制器采用分层控制策略,内层利用扩张状态观测器(ESO)对系统进行动态补偿,得到被... 详细信息

针对负载扰动以及轨道“台阶”现象可能导致磁浮列车失稳的问题,将自抗扰广义预测控制(LADRC⁃GPC)理论引入磁浮列车悬浮系统,设计了一种新型悬浮控制器。控制器采用分层控制策略,内层利用扩张状态观测器(ESO)对系统进行动态补偿,得到被控对象的受控自回归滑动平均模型(CARMA),降低了对被控对象数学模型的依赖程度。外层以内层控制为被控对象,采用广义预测控制(GPC)对系统进行动态优化控制,提高了控制器的跟踪性。通过仿真和实验与PID控制算法、线性自抗扰控制(LADRC)算法比较,结果表明:自抗扰广义预测控制算法具有较好的跟踪性与鲁棒性,在较大负载扰动时仍能保持较小的误差。

关键词：磁悬浮系统线性自抗扰控制广义预测控制自抗扰广义预测控制

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广义预测控制在监控AGC系统中的应用

中南大学学报（自然科学版） 2012年第10期43卷 3852-3856页

作者：孙杰张浩宇李旭张殿华东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110004 唐山钢铁集团有限责任公司博士后科研工作站河北唐山063016

根据广义预测控制的预测模型、滚动优化和在线反馈校正等特征,设计一种基于广义预测控制器的监控AGC系统,并以某冷轧实验轧机为对象,对其控制性能进行仿真。研究结果表明:在模型匹配时,常规Smith预估器响应时间比广泛预测控制的少,稳态... 详细信息

根据广义预测控制的预测模型、滚动优化和在线反馈校正等特征,设计一种基于广义预测控制器的监控AGC系统,并以某冷轧实验轧机为对象,对其控制性能进行仿真。研究结果表明:在模型匹配时,常规Smith预估器响应时间比广泛预测控制的少,稳态精度上比广义预测控制器的高;在轧件塑性系数或系统滞后时间计算不准确导致模型不匹配时,常规Smith预估器出现了系统超调或振荡现象,而广义预测控制器基本不受模型参数变化的影响。

关键词：广义预测控制 Smith预估器监控AGC 模型失配鲁棒性

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基于深度学习的非线性广义预测控制

信息与控制 2023年第2期52卷 202-210页

作者：李旭生牛宏陶金梅辽宁石油化工大学理学院辽宁抚顺113001

针对一类离散时间单输入-单输出(single-input single-output,SISO)非线性动态系统,将非线性切换控制与基于深度学习的未建模动态估计方法相结合,提出了一种新的非线性广义预测控制方法。该方法针对未建模动态的未知增量,通过使用基于... 详细信息

针对一类离散时间单输入-单输出(single-input single-output,SISO)非线性动态系统,将非线性切换控制与基于深度学习的未建模动态估计方法相结合,提出了一种新的非线性广义预测控制方法。该方法针对未建模动态的未知增量,通过使用基于深度学习技术的长短记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)进行预估,设计了一种带有未建模动态增量估计的非线性广义预测控制器,增强控制性能。对所提的控制算法进行了稳定性和收敛性分析,最后通过数值仿真实验验证了所提方法的有效性。

关键词：深度学习长短记忆神经网络(LSTM) 未建模动态非线性系统广义预测控制

广义预测控制算法在发动机空燃比控制中的应用

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汽车工程 2013年第5期35卷 403-407页

作者：刘一鸣花志远陈永全合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥230009

为弥补发动机空燃比信号的传输延迟对空燃比控制精度的影响,设计了一种基于广义预测控制(GPC)的空燃比控制策略;利用Matlab/Simulink建立广义预测控制器的算法模型,并以dSPACE MicroAutoBox为算法实施平台,在NQ150N型天然气发动机上进... 详细信息

为弥补发动机空燃比信号的传输延迟对空燃比控制精度的影响,设计了一种基于广义预测控制(GPC)的空燃比控制策略;利用Matlab/Simulink建立广义预测控制器的算法模型,并以dSPACE MicroAutoBox为算法实施平台,在NQ150N型天然气发动机上进行实验。结果表明,与PID控制算法相比,基于GPC的控制算法稳态性能优良,能明显改善过渡工况空燃比的控制效果。

关键词： CNG发动机广义预测控制空燃比 dSPACE-MicroAutoBox

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广义预测控制在煤层气水平井开发中的研究

广义预测控制在煤层气水平井开发中的研究

作者：黄翌川武汉工程大学

学位级别：硕士

中国煤层气资源丰富是我国煤矿资源储量的显著特征,为充分利用我国的煤层气资源,近年来中国政府加大了对煤层气开发技术的研究力度。在国际能源形式日趋紧张和环保意识不断增强的今天,如何安全高效的对煤层气资源进行开采是一项艰巨的... 详细信息

中国煤层气资源丰富是我国煤矿资源储量的显著特征,为充分利用我国的煤层气资源,近年来中国政府加大了对煤层气开发技术的研究力度。在国际能源形式日趋紧张和环保意识不断增强的今天,如何安全高效的对煤层气资源进行开采是一项艰巨的任务。其中钻井扩孔的控制是煤层气开采过程中的关键技术,它直接影响到开采是否成功。本文以基于煤层气开发自动化控制系统为研究对象,设计了PLC和组态王的过程控制系统,采用上位机和下位机的结构完成系统的开发。主要内容包括控制系统的总体设计、硬件设计、软件设计以及对钻井扩孔系统控制策略的仿真和实验。钻井扩孔过程是一个复杂的工业对象,很难得到一个精确的数学模型,常规的控制策略难以达到理想的控制效果。为进一步改善钻井扩孔系统的控制性能,选择广义预测控制策略实现了对钻井扩孔系统的控制。在煤层气开发自动化控制系统设计的基础上,建立了钻井扩孔系统的数学模型,同时针对煤层气开发钻井扩孔系统和广义预测控制理论的特点设计控制器,并通过MATLAB软件分析了系统的动态响应特性,仿真结果表明,广义预测控制策略对钻井扩孔系统过程的干扰具有较强的鲁棒性。在一般广义预测控制的基础上,引入单值广义预测控制策略,大幅减少在线计算量,提高系统的响应速度,将该算法应用到钻井扩孔系统,并与广义预测控制和模型预测控制进行仿真对比,最后搭建钻井扩孔控制系统模拟平台,基于组态王软件开发了煤层气水平井上位机监控系统,设计了基于PLC的控制系统下位机软件,并进行了上述控制算法的模拟实验。模拟实验结果表明单值广义预测控制策略能有效抑制各种扰动对系统控制性能的影响,具有更强的鲁棒性,且响应速度更快,使控制效果得到较大改善。

关键词：煤层气水平井 PLC 广义预测控制单值广义预测控制

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广义预测控制算法在电镀废水处理中的应用

电镀与环保 2018年第2期38卷 68-70页

作者：陈景召陈军马世伟郑州大学西亚斯国际学院河南郑州451150 武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心湖北武汉430081 许继变压器有限公司河南许昌461000

针对电镀废水处理系统存在的问题,运用西门子S7-400型PLC与组态软件WinCC,结合广义预测控制算法,设计了一套电镀废水综合处理控制系统。在分析了传统电镀废水处理系统工艺、技术原理和控制方案后,研究了运用广义预测控制算法实现系统软... 详细信息

针对电镀废水处理系统存在的问题,运用西门子S7-400型PLC与组态软件WinCC,结合广义预测控制算法,设计了一套电镀废水综合处理控制系统。在分析了传统电镀废水处理系统工艺、技术原理和控制方案后,研究了运用广义预测控制算法实现系统软件设计的可行性。将该方案投入实际工程中,整合并取代了原有废水处理系统及相应的分布式智能测控装置,实现了设备升级与改造。系统运行结果验证了该方案的可靠性与经济性。

关键词：电镀废水处理系统改造广义预测控制

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广义预测控制在污水处理系统中的研究与应用

广义预测控制在污水处理系统中的研究与应用

作者：郭家军天津工业大学

学位级别：硕士

近些年来,水污染已经严重制约了我国经济的可持续发展和一些地区人民的正常生产生活,因此大力发展污水处理事业迫在眉睫。科技的进步以及我国在水处理技术方面的迅速成长,也不断提升了对污水处理过程中的智能化水平的要求,因此使用最新... 详细信息

近些年来,水污染已经严重制约了我国经济的可持续发展和一些地区人民的正常生产生活,因此大力发展污水处理事业迫在眉睫。科技的进步以及我国在水处理技术方面的迅速成长,也不断提升了对污水处理过程中的智能化水平的要求,因此使用最新的自动化工业控制技术和智能化仪器设备对整个污水处理过程进行监控势在必行。论文以天津市大港某污水处理厂过程控制系统的设计开发过程为背景,首先,详细介绍污水处理过程的工艺流程及核心环节的处理特点,确定整体控制系统构架及网络结构,完成硬件的设计。然后,完成PLC控制程序的编写和上位机WinCC监控画面的组态开发,完成整个污水处理工艺的自动化控制系统设计。针对污水处理中的重要环节,pH中和滴定过程的控制难点进行算法研究,由于pH中和阶段的高度非线性和不确定性,基于经典控制理论的传统PID控制方法,难以取得满意的控制效果。通过分析pH中和过程的化学反应机理结合广义预测控制算法的结构特点,建立对象的控制模型,推导出基于西门子PLC控制系统的pH中和广义预测控制器,并给出实现过程。仿真结果表明,采用广义预测控制对pH值的控制效果优于传统PID,实际现场应用也证明该方法的有效性。

关键词：污水处理 pH中和 PLC控制系统组态广义预测控制工业现场总线

广义预测控制在电热锅炉温度控制中的应用研究

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广义预测控制在电热锅炉温度控制中的应用研究

作者：区杰勇东华大学

学位级别：硕士

在锅炉的工业生产过程中,温度的控制往往非常关键。然而在工业生产温度控制系统中,往往存在着时滞、时变等非线性特性,并且存在不可预测的扰动,使得系统难以控制。本文以THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置的电加热炉为研究对象;研究... 详细信息

在锅炉的工业生产过程中,温度的控制往往非常关键。然而在工业生产温度控制系统中,往往存在着时滞、时变等非线性特性,并且存在不可预测的扰动,使得系统难以控制。本文以THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置的电加热炉为研究对象;研究锅炉温度的控制策略,主要的研究内容如下:1、阶跃信号作为系统的输入激励该电加热炉系统,根据这些实验数据,分别建立了电加热炉温度模型和电加热炉夹套温度的干扰模型,并且验证了模型的有效性。2、基于所建立的电加热炉温度模型,设计了电加热炉的广义预测控制器,仿真以及实验研究结果均表明了该控制器的有效性;此外,设计了该电加热炉的数字PID控制器,并且比较了两种控制方法的结果,比较结果表明了预测控制器更适用于该系统的控制。3、电加热炉夹套温度的波动对该炉的温度影响很大,不能忽略其对炉温的影响,因此,电加热炉夹套温度的波动作为了预测控制目标函数的一项约束来考虑。即:基于电加热炉温度模型和电加热炉夹套温度的干扰模型,设计了电加热炉的一种带有干扰模型的广义预测控制器。仿真研究结果表明该控制器可以补偿外界扰动对系统的影响,从而减小系统的稳态误差。

关键词：过程控制温度控制计算机控制系统广义预测控制

广义预测控制在智能车辆横向控制中的应用研究

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广义预测控制在智能车辆横向控制中的应用研究

作者：郤伟太原科技大学

学位级别：硕士

汽车在人们生活中越来越重要,带来的交通问题也越来越严重。作为智能交通重要一环的智能车辆,其交通事故率低,道路通行更加高效,受到国内外学者关注。横向跟踪控制是研究智能车辆运动过程的关键技术之一,但横向控制系统存在明显耦合输... 详细信息

汽车在人们生活中越来越重要,带来的交通问题也越来越严重。作为智能交通重要一环的智能车辆,其交通事故率低,道路通行更加高效,受到国内外学者关注。横向跟踪控制是研究智能车辆运动过程的关键技术之一,但横向控制系统存在明显耦合输出。而广义预测控制（Generalized predictive control,GPC）可以利用已知信息在有限时段反复滚动优化,并且其积分作用能够很好的消除稳态误差,具有抗干扰性和鲁棒性,它的预测思想与驾驶员行车思维方式类似,是一种动态控制。因此,本文将广义预测控制器应用于智能车辆的横向控制,并针对性的对控制器进行了改进。具体内容如下:（1）针对二自由度单轨操纵横向控制动力学模型输出耦合的多变量系统,设计了快速求解Diophantine方程的多变量广义预测输出解耦控制器。首先分离输出耦合变量矩阵中与耦合相关的控制参数,并重新定义为对角阵和反对角矩阵的表达形式。其次对受控自回归积分滑动平均模型进行拆分,转化为含耦合和不含耦合两个相关模型,再分别将其与改进的Diophantine方程结合,得到多变量广义预测输出解耦控制器。最后将车辆横向控制模型进行离散化并转换成传递函数矩阵表达式,以满足多变量广义预测输出解耦控制器对模型的要求。（2）针对模型输出耦合现象,设计了广义预测控制最优性能指标函数,在性能指标函数中引入了输出耦合参数,用来消除横向控制模型中输出耦合对车辆运动状态的影响。首先对耦合参数作了对角线上为零的矩阵多项式变换。其次通过求解最优性能指标函数分离出与耦合变化相关联和不相关联的两部分,令耦合变化相关联的部分整体为零,求解引入的输出耦合参数。最后求得最优性能指标下的最优控制输入和最优预测输出。（3）针对智能车辆单入双出的横向动力学模型,改进了矩阵Diophantine多项式方程,对矩阵Diophantine方程进行变形,简化了计算量,提高了广义预测控制器的实时性。首先对矩阵Diophantine方程进行与设计的输出解耦控制器相关的对应耦合项分离,转换为三个矩阵Diophantine方程。然后通过矩阵元素之间的相互对应关系,矩阵转换为仅含单个参数的多项式方程进行求解。最后利用矩阵变换的方式,将计算得到的各个数据重新进行矩阵参数的对应位置排布,组成新的矩阵,即得到矩阵Diophantine方程的矩阵解。最后,将改进的GPC、GPC及PID控制器对智能车辆横向控制进行了仿真对比研究,验证了改进的广义预测控制器的有效性和优越性。

关键词：智能车辆广义预测控制横向控制动力学模型输出解耦