广义预测控制的研究与仿真

论文摘要

广义预测控制是80年代产生的一种新型计算机控制算法,是预测控制中最具代表性的算法之一,它保持了预测控制的模型预测、滚动优化和反馈校正的优点,控制效果好,具有较强的鲁棒性。因此,广义预测控制一出现,就受到了广泛的关注,并且已经应用到许多工业过程中。本文在前人研究的基础上,针对广义预测控制中的不足与缺陷,进行了如下的研究:首先,针对广义预测控制中的约束问题,通过目标规划,将非线性规划问题转化为线性规划问题,然后采用基线法进行求解。目标规划算法是一种多目标优化策略,能够明确区分硬性约束和软性约束,并且其求解不像非线性规划那样依赖于初始条件的选取。仿真证明了该约束算法良好的约束效果和控制效果。其次,针对多变量系统模型辨识困难的问题,采用子空间法辨识法直接辨识系统的状态空间模型,为避免状态空间模型与广义预测控制中常用的CARIMA模型的转换,推导了基于状态空间模型的广义预测控制律,使子空间辨识法与广义预测控制达到了比较好的结合。最后,针对一类比较常见的非线性系统,研究了其广义预测控制。此类非线性系统可以等效为时变参数的线性系统,因此只需线辨识等效时变系统的参数,就可进行广义预测控制。相对于其他非线性系统的广义预测控制算法,此方法在保持了控制效果的同时,计算量小,工作点变化时跟踪速度快。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 广义预测控制的产生
• 1.2.2 广义预测控制的研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 广义预测控制的基本算法及仿真
• 2.1 单输入单输出系统广义预测控制的基本算法
• 2.1.1 控制律的求解
• 2.1.2 最优预测输出的求解
• 2.2 仿真研究
• 2.3 多输入多输出系统广义预测控制的基本算法
• 2.3.1 控制律的求解
• 2.4 仿真研究
• 第3章 约束广义预测控制
• 3.1 引言
• 3.2 单输入单输出系统约束广义预测控制的目标规划算法
• 3.3 多输入多输出系统约束广义预测控制的目标规划算法
• 3.4 基线法求解受限广义预测控制
• 3.5 基线法求解受限广义预测控制的仿真研究
• 3.5.1 单输入单输出约束广义预测控制的仿真研究
• 3.5.2 多输入多输出约束广义预测控制的仿真研究
• 3.6 本章小结
• 第4章 子空间辨识法在广义预测控制中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 子空间辨识法的基本理论
• 4.2.1 子空间辨识法的发展
• 4.2.2 基本的子空间辨识法
• 4.2.3 基本子空间辨识法的步骤
• 4.3 递推子空间辨识算法
• 4.4 基于状态空间表达式的广义预测控制算法
• 4.5 仿真研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 一类非线性系统广义预测控制的仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 一类非线性系统的广义预测控制
• 5.2.1 非线性系统模型及其等效时变线性系统
• 5.2.2 模型参数的辨识
• 5.2.3 非线性系统工作点变化时的广义预测控制
• 5.2.4 仿真研究
• 5.3 广义预测控制在二容液位系统中应用的仿真研究
• 5.3.1 二容液位控制系统的建模
• 5.3.2 二容液位系统的仿真
• 5.3.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢