基于预测控制的大滞后系统控制的研究及仿真

论文摘要

工业生产过程中,时滞过程是比较难控的对象,对时滞工业过程控制方法和机理的研究一直是国内外过程控制界的热门课题。各国学者除了采用一些常规控制方案,如改进型PID控制,采样PI控制,Smith预估控制,达林控制算法等进行时滞过程的控制之外,都在寻找更有效、更实用的控制方法。本文在对用传统方法控制时滞系统进行综述的基础上,指出近年来发展起来的预测控制在时滞系统的控制上有良好的前景。预测控制分为IMC,MPC,DMC,GPC四类,其中DMC具有建模方便,算法简单,对模型要求低的特点,使其特别适合于工业现场控制中推广应用。时滞系统往往带有一定的非线性,这对预测控制的应用造成一定的困难,本文指出将预测控制引入时滞控制系统当中,对改善控制性能有明显的效果。尤其是DMC预测控制,结构简单,计算方便,实时性强,有较好的鲁棒性与自适应性,可以得到比较好的实现。论文首先分析了滞后环节对系统性能的影响,讨论了几种常规控制方法,解析说明了常规控制方法鲁棒性能较差。Smith控制是基于模型的补偿控制,但其对参数变化较为敏感。预测控制不需要精确的数学模型,并且直接处理带有纯迟延的系统,有良好的跟踪性能,而且对模型失配有较好的鲁棒性,因此本文把传统的几种常用的时滞控制与DMC预测控制进行比较,结果表明DMC预测控制能克服各种不确定性、滞后等复杂的影响,使其控制系统具有较高的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 预测控制技术的发展现状
• 1.3 预测控制技术的应用研究
• 1.4 预测控制的发展前景
• 1.4.1 现代预测控制及研究动向
• 1.4.2 非线性预测控制
• 1.5 时滞系统控制的难点
• 1.6 时滞系统预测控制的研究现状
• 1.7 本文主要任务
• 第2章 时滞系统的常规控制方法
• 2.1 微分先行控制算法
• 2.1.1 微分对系统动态的影响
• 2.1.2 微分先行控制方案
• 2.2 Smith预估补偿控制
• 2.2.1 基本思想
• 2.2.2 Smith预估控制器的组成
• 2.2.3 性能分析
• 2.3 采样控制
• 2.3.1 基本思想
• 2.3.2 性能分析
• 2.4 达林（Dahlin）算法
• 2.4.1 基本思想
• 2.4.2 Dahlin算法的性能分析
• 2.5 时滞系统控制的研究方向
• 2.6 本章小结
• 第3章 DMC动态矩阵预测控制
• 3.1 动态矩阵控制原理
• 3.1.1 预测模型
• 3.1.2 滚动优化
• 3.1.3 反馈校正
• 3.2 动态矩阵控制的参数设计
• 3.2.1 采样周期T和模型长度N
• 3.2.2 优化时域P和误差权矩阵Q
• 3.2.3 控制时域M
• 3.2.4 控制权矩阵R
• 3.2.5 校正参数h
• 3.2.6 动态矩阵参数整定步骤
• 3.3 本章小结
• 第4章 热水锅炉的预测控制及其仿真分析
• 4.1 热水锅炉的预测控制算法
• 4.1.1 对象模型
• 4.1.2 预测模型
• 4.1.3 控制算法
• 4.2 仿真分析
• 4.3 同样约束条件下PID算法
• 4.4 其他几种时滞系统控制算法的仿真分析
• 4.4.1 simith预估补偿控制
• 4.4.2 采样控制
• 4.4.3 达林（Dahlin）算法
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要