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一种闭环系统的直接预测控制及其在流量控制中的应用

作　者: 付直钧
导　师: 方康玲
学　校: 武汉科技大学
专　业: 计算机应用
关键词: CARMA模型闭环系统直接预测算法预测控制
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

经典控制理论和现代控制理论这两种完美的理论与实践之间存在巨大的鸿沟，主要表现在：两种理论都是建立在对象精确模型的基础上，而实际对象精确数学模型很难建立，或即使能建立，但结构非常复杂。为了克服理论与应用间的不协调现象，伴随着计算机的发展，在实际工业实践过程中独立发展起来了一类新型计算机控制算法——预测控制。广义预测控制通过在线模型辩识、多步预测、反馈校正、滚动优化，使它能适应大时滞、大惯性、开环不稳定等对象，但由于其控制算法复杂、计算时间长的不足，限制了它的应用。本文结合经典控制算法简单实用的优点，提出了一种基于闭环系统模型的广义预测控制，对不同的实际对象，既可以对经典控制构成的闭环系统进行预测控制，也可以二者并列控制，扩展了其适用范围。本文还针对目前直接预测控制只是简化了算法但增长了待辨识参数的缺点，提出了一种简便的基于输出预测模型的直接预测控制算法，该算法直接使用输出预测模型，其多步预测、反馈校正和滚动优化都只需进行简单的一维递推，省去了一般广义预测控制需要进行大量多维矩阵运算，就可以得到预测控制量。因此，其控制算法得到大大简化。在仿真与流量控制实验中，对比PID控制和一般广义预测控制，表明本文提出的方法在仿真与流量控制实验中均可以取得良好的控制效果。在进行实际流量控制前，针对实际流量控制系统，本文建立了两种数学模型：直接输入输出模型和使用中间变量的两个模型串联的模型，通过模型的离线辩识与仿真，一方面表明两种数学模型结果基本一致，另一方面也说明了本文提出的预测控制方法在仿真上可行。本文在流量控制实验中，使用工控组态软件“组态王”和科学与工程计算软件“Matlab”进行完美的结合，非常方便地进行仿真与控制，简单编程即可实现强大的功能，使广大工程技术人员和算法研究者彻底地从繁琐的底层编程中解脱出来。该方法特别适用于算法实验研究。

全文目录

中文摘要  6-7
英文摘要  7-8
第一章概论  8-12
  1．1 预测控制的发展背景、机理及现状  8-9
  1．2 反馈闭环控制及优缺点  9-10
  1．3 基于闭环系统模型的预测控制  10-11
  1．4 直接预测控制  11
  1．5 工业过程流量控制及现状  11
  1．6 本论文的主要工作  11-12
第二章开环系统的预测控制及直接算法  12-20
  2．1 开环系统的预测控制  12-15
    2．1．1 预测控制的三个基本特征  12-13
    2．1．2 预测控制的基本方法  13-15
  2．2 模型辨识及自适应控制  15-16
    2．2．1 模型辨识  15
    2．2．2 自适应控制算法  15-16
  2．3 自适应直接预测控制  16-20
    2．3．1 直接预测控制模型  16-18
    2．3．2 直接预测控制算法  18-20
第三章一种闭环系统的预测控制及直接算法  20-30
  3．1 开环与闭环控制系统比较  20-21
    3．1．1 开环控制系统  20
    3．1．2 闭环控制系统  20-21
  3．2 闭环系统的预测控制  21-24
    3．2．1 预测控制的特点（优点）  22-23
    3．2．2 预测控制的基本方法  23-24
  3．3 模型辨识及自适应控制  24
    3．3．1 参数辨识  24
    3．3．2 基于CARMA模型的预测控制  24
  3．4 控制性能分析  24-25
  3．5 程序流程框图  25-27
  3．6 一种对控制量的直接预测控制  27-30
    3．6．1 直接预测模型  27-28
    3．6．2 反馈校正直接预测模型  28
    3．6．3 直接单步预测输入控制算法及自适应控制  28
    3．6．4 直接多步预测输入控制算法及自适应控制  28-29
    3．6．5 闭环系统的自适应控制算法  29-30
第四章仿真研究  30-41
  4．1 对一般对象的仿真  30-32
    4．1．1 进行PID控制  30-31
    4．1．2 进行直接多步预测控制  31
    4．1．3 进行闭环系统的直接多步预测控制  31-32
  4．2 对一般对象模型失配仿真  32-33
    4．2．1 进行PID控制  32
    4．2．2 进行直接多步预测控制  32-33
    4．2．3 进行闭环系统的直接多步预测控制  33
  4．3 对一般对象扰动仿真  33-35
    4．3．1 进行PID控制  34
    4．3．2 进行直接多步预测控制  34-35
    4．3．3 进行闭环系统的直接多步预测控制  35
  4．4 结论  35
  4．5 过程控制仪的流量仿真方案一  35-41
    4．5．1 模型辨识  36-38
    4．5．2 仿真方案二  38-39
    4．5．3 模型辨识  39
    4．5．4 仿真  39-41
第五章实验研究  41-49
  5．1 流量控制系统的组成及原理  41-44
    5．1．1 流量控制系统的组成  41-43
    5．1．2 流量控制系统的原理  43-44
  5．2 控制算法的实现  44-46
  5．3 流量控制的结果  46-49
    5．3．1 PID控制效果  46
    5．3．2 抗干扰能力实验  46-47
    5．3．3 信号跟随能力实验  47-49
结束语  49-50
参考文献  50-53
研究生期间发表的论文  53-54
致谢  54

一种闭环系统的直接预测控制及其在流量控制中的应用

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