预测控制算法及其应用研究

首先，概括了预测控制发展的历史和现状，简要介绍了预测控制的基 本原理，考虑到求解Diophantine方程在广义预测控制中的重要作用，对其 计算机算法作了较详细的讨论，并给出了相应的流程图。在此基础上，主要 作了如下工作： 1.按照满意控制的思想，针对复杂工业过程控制，建立了目标规划与预测 控制的关系，用目标规划作为工具，解决了预测控制中具有普遍意义的 三类问题：①有约束多目标多自由度预测控制的滚动优化；②预测控制 的可控性；③参数模型的在线辨识。 2.由于过程的脉冲响应模型易于获得，因而在工业过程控制中得到广泛应 用。在对象脉冲响应的基础上，对纯时延有约束增量型模型算法控制进 行了研究。 3.在实际工业过程中，被控对象大都是多变量、多目标和有约束的，用解 析法求解几乎不可能。如何提供快速而有效的在线有约束求解算法，则 是一个很有意义的研究课题。在对象阶跃响应的基础上，对有约束多变 量动态矩阵控制进行了研究。 4.广义预测控制由于采用最小化参数模型，因此，在线滚动优化计算量小。 针对离散传递函数模型，在求解Diophantine方程的基础上，分别用二次 规划和目标规划对有约束广义预测控制进行了研究。和二次规划相比， 由于目标规划是一种线性优化方法，计算速度快，数值稳定性好。 5.结合非参数模型容易建模的特点和广义预测控制在线滚动优化计算量小 的特点，提出了一种冗余参数模型预测控制算法。和非参数模型预测控 制相比，该算法的计算量明显减小。由于参数化模型有冗余参数，无须 掌握有关模型结构和系统纯时延的确切的先验知识，不仅给建模带来极 大的方便，而且有利于提高预测精度和鲁棒性。 6.提出了在线辨识和离线辨识相结合的预测控制算法，并且针对城市热水 网加热器出口水温控制对象和固定床反应器温度控制对象进行了仿真研 究。