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模型预测控制工程软件关键技术及应用研究

本文面向工程应用,对模型预测控制工程软件的关键技术、算法以及它们在生产过程中的应用进行了深入研究。从模型预测控制工程软件的实现和实际需要出发研究了模型预测控制算法的模型预测、稳态优化技术、简化稳态优化计算的方法等等。针对两个实际工业过程通过特性分析给出了基于模型预测控制的控制方案并进行了应用和仿真研究。最后研究了基于MiniMax原理的PID控制器鲁棒参数整定。本文的主要成果及创新包括:1.介绍了自主开发的模型预测控制工程软件—FrontAPC的体系结构以及具有的特点。并在多变量模型预测控制基本算法描述的基础上给出了这些功能的实现形式。2.在状态空间框架内,利用参数模型和非参数模型的结合,通过对模型预测和反馈校正的改进,作者给出了可以处理非稳定对象的模型预测控制改进算法。并对过程工业中经常遇到的大时间常数稳定系统和积分非稳定系统进行了仿真研究,对于大时间常数系统改进算法可以用更小的模型时域实现有效控制。对于积分对象改进算法也可以  (本文共123页) 本文目录 | 阅读全文>>

华北电力大学(北京)
华北电力大学(北京)

约束模型预测控制的稳定性与鲁棒性研究

实际的控制系统不可避免地存在着各种约束,模型预测控制以其特有的滚动时域控制策略,使其在处理约束的问题上显示出了巨大的吸引力。然而,约束的存在使得控制行为和闭环系统都显示了非线性,这对约束MPC的稳定性和鲁棒性的分析与综合带来很大的困难。近十年来,约束MPC的稳定性和鲁棒性的理论研究取得了很大的进展,目前仍然是控制理论中的研究热点。本文在掌握国内外研究现状的基础上,在这一领域开展了进一步的研究工作,主要内容概括如下:(1)从MPC的核心思想、基本结构和本质等方面全面地概括了MPC的基本原理,并系统地总结了MPC的发展和研究现状。(2)研究了采用终端约束集和终端代价函数的约束MPC的稳定性设计方法,表明了它实质上是无穷时域MPC的一种实现。提出了一种新的设计方法,它采用了带有饱和特性的反馈控制器作为局部镇定控制器,终端约束集和终端代价函数都能够通过求解对应的线性矩阵不等式(LMI)问题得到,控制律的求解可以转化为二阶锥规划(SOCP...  (本文共103页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

非线性模型预测控制的若干问题研究

随着现代工业的发展和科学技术的进步,对产品的质量和产量要求的不断提高,对生产经济效益的不断追求以及工业生产过程日趋大型化、复杂化,工作点的变化范围大,使得以往采用工作点附近的线性化模型来设计控制器的线性预测控制方法已不能满足控制性能要求。因此,关于非线性模型预测控制的研究已成为控制工程界的重要研究命题。本文在前人研究工作基础上,从实际出发,对非线性预测控制的若干问题进行了较为深入的研究,其中包括:(1)针对一类Wiener模型描述的非线性系统,提出了一种改进的非线性预测控制方法。该方法将Wiener模型线性部分的控制增量信号描述成Laguerre级数展开式,将预测控制中在预测时域内优化求解未来控制输入序列转化为优化求解一组无记忆的Laguerre系数,以减少优化所需的计算量;利用静态T-S模糊模型来逼近Wiener模型的非线性部分,进而利用线性预测控制方法求解控制律。CSTR过程仿真结果表明该方法是可行的。(2)针对MIMO非线...  (本文共136页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

支持向量机在智能建模和模型预测控制中的应用

模型预测控制(MPC)是当今石油、化工等过程工业中应用最为成功的先进控制技术之一,它是指用动态模型对未知系统的未来行为进行预测,并进而根据该模型对系统进行优化控制的一类控制策略。随着生产过程规模的扩大和复杂程度的提高,建立系统的机理模型已经变得越来越困难,利用可测量的实验或生产数据建立辨识模型已成为必然的选择。近年来,建立在统计学习理论基础之上的支持向量机(SVM)已经在模式识别、系统辨识等许多领域中得到成功应用。因此,本文针对一类具有非线性特性的复杂被控对象,研究其基于SVM的智能建模方法及相应的提前多步预测和控制量的寻优策略。本文的主要贡献:1.针对非线性多输入多输出(MIMO)系统,提出基于二次多项式核函数SVM的提前一步非线性模型预测控制(NMPC)的结构和算法。通过考虑输入、输出分量间的耦合,利用SVM对每个输出分量单独建模,再将所有分量的模型集成为向量形式,根据预测控制机理推导出关于提前一步的各个最优控制分量与已知输...  (本文共147页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

模型预测控制并行计算系统研究

模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)是一种基于显式过程模型的先进控制技术,其基本概念是利用一个过程动态模型和可测量信息预测将来的过程行为,并使预测的过程响应和设计的响应差别最小。本论文以与通用电气全球研发中心(上海)的合作项目“燃料电池MPC控制系统研究”为依托,对MPC控制器设计方法进行了研究,基于线性矩阵不等式理论,分别提出了具有较低保守性的状态反馈鲁棒MPC设计方法,以及一种结合广义特征值优化和辅功矩阵变量方法的动态输出反馈鲁棒MPC设计策略;在实时MPC系统中,为提高MPC控制器计算性能,研究并提出了基于FPGA的双精度浮点并行矩阵乘法器;由于单FPGA在大多数情况下无法满足实时MPC系统的性能需求,本文研究并提出了用于模型预测控制计算的主从分布式多FPGA矩阵乘法并行计算系统及相应并行算法。第一章绪论部分阐述了选题的意义,介绍了模型预测控制、高性能计算领域的FPGA技术和并行计算技术...  (本文共126页) 本文目录 | 阅读全文>>

《机械设计与制造》2020年02期
机械设计与制造

混合动力汽车燃油经济性模型预测控制策略

为了实现对混合动力汽车实时的燃油经济性控制,提出了改进的马尔可夫模型预测控制方法。建立了混合动力汽车关键部件模型,从克服阻力和速度跟踪两个方面建立了车辆需求转矩模型,从而建立了混合动力汽车仿真模型;使用多步马尔可夫模型预测车辆状态;在模型预测控制目标函...  (本文共5页) 阅读全文>>