预测函数控制及其应用研究

• 作 者: 陈家衡
• 机 构: 江苏科技大学
• 出 处: 江苏科技大学
• 发表日期: 2007年11期
• 关键词: 自适应控制

预测控制策略因其预测模型、滚动优化、反馈校正三大特征符合工业过程控制的实际需要，因此自提出至今在理论和应用方面取得了长足的发展。而预测函数控制是预测控制领域中最新的研究方向之一。近年来，预测函数控制方法的应用已从最初的快速过程，如工业机器人的手臂控制、雷达跟踪控制等发展到慢速过程，如间歇反应过程的温度跟踪控制等，而且，在国内的应用也己呈逐步发展之趋势。本文主要从理论和应用两方面对预测函数控制方法进行了研究。理论方面主要从预测函数控制的基本原理出发，研究了一般情况下的基于状态空间描述的预测函数控制策略和几种典型非线性系统的非线性预测函数控制算法。在应用上，有预测函数控制方法在实际水槽液位对象中的应用，也有针对实际过程的仿真研究。论文主要研究工作集中于以下几个方面：
1.介绍了预测控制方法的基本原理；对预测控制的发展概况和研究现状进行了简要的综述。
2.从预测函数控制方法的基本原理出发，详细地介绍了基于状态空间描述的单变量系统预测函数控制方法的原理和具体算法；从算法上可以看出该控制方法计算简单，从仿真实验上证明了该控制方法具有跟踪准确、快速，抑制干扰等特点。
3.针对工业过程中大量存在的多变量控制系统，分析了多变量系统数学模型的分类，提出了一种PFC多变量直接控制律算法。详细推导了基于传递函数模型的一阶加纯滞后对象多变量预测函数控制算法(MPFC)，并通过仿真研究进行了算法的有效性和鲁棒性验证。仿真结果说明了多变量预测函数控制算法的有效性和实用性。
4.结合解耦思想研究多变量系统神经网络解耦PFC算法，通过引入神经网络补偿环节，对多变量系统进行解耦，并在此基础上，对解耦后各子系统进行单变量预测函数控制，以确定各个控制量。仿真表明，该算法有较好的跟踪特性，对解决多变量系统的优化和控制具有一定的适用性。
5.实际工业生产过程一般为非线性系统，许多控制方法都试图解决一般非线性系统的控制问题，但这是一个非常困难的问题。本文也同样只能退而求其次，讨论了把预测函数控制方法推广到以下两种非线性系统的特殊模型中：双线性系统和改进型Hammerstein模型，并通过仿真来验证相应的算法是可行的。
6.预测控制从工业现场而来，又回到工业现场去解决实际的问题。因此任何一种预测控制方法都应该紧密地与实际工业过程结合起来，应用到实际工业过程中去。本文把预测函数控制方法成功地应用到实际水槽液位装置的液位控制中。最后对全文的工作进行了总结，分析了存在的问题，并对预测函数控制方法的进一步研究进行了展望。