区间预测控制算法研究及稳定性分析

论文摘要

工业生产中比较常见的控制目的是维持被控变量等于设定值,即设定值控制。而在很多情况下,如考虑产品质量、能耗、物耗等前提时,系统输出不再是严格的设定值跟踪,而是控制在某一区间即可。这就意味着这些变量仅当未来的预测值超出区间时才被看作被控变量。采用区间控制,可以给予控制器抑制扰动有较大的自由度。当输出超出区间时,需要较强的控制作用使输出快速返回设定区间。对于具有多变量强耦合特点的工业过程对象,控制系统的稳定性是非常重要的。这样就存在着协调控制的快速性和稳定性之间的矛盾。因此,研究区间预测控制算法及稳定性具有重要的理论意义和实际应用价值。本文首先综述了区间控制和预测控制的研究现状,其次介绍了基于软约束的区间预测控制算法,再次提出了基于加权的区间预测控制算法,权系数是预测输出误差的非线性函数,加权矩阵体现在控制性能指标函数中。当预测输出在该区间内时,相应的加权系数为0,因此控制器忽略了此时的输出变化;当预测输出超出区间时,误差权系数就等于预测输出与区间边界之差与一个较小的值ε的比值的平方;该算法能够使违反区间的输出变量快速回到给定区间内,仿真研究证明了该算法的有效性。针对水槽系统中的液位采用了区间控制,进一步验证了算法的功能。最后,本文给出了区间预测控制系统稳定的充分必要条件,并进行了证明,仿真结果验证了其正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 区间控制研究现状
• 1.2.2 预测控制研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 模型预测控制
• 2.1 概述
• 2.1.1 基本结构
• 2.1.2 模型预测控制的产生与发展历程
• 2.2 预测控制的基本算法
• 2.2.1 模型算法控制
• 2.2.2 动态矩阵控制
• 2.3 模型预测控制的应用
• 第3章 区间预测控制算法
• 3.1 前言
• 3.2 基于软约束的区间预测控制算法
• 3.2.1 区间预测控制算法
• 3.2.2 仿真实例
• 3.3 基于权重的区间预测控制算法
• 3.3.1 对区间预测控制的改进
• 3.3.2 加权区间预测控制算法
• 3.3.3 仿真实例
• 3.4 结论
• 第4章 区间预测控制在液位控制中的仿真实验
• 4.1 水槽系统建模
• 4.2 水槽系统控制的实现
• 4.2.1 常规的控制
• 4.2.2 液位区间控制
• 4.3 结果分析
• 第5章 区间预测控制系统的稳定性分析
• 5.1 系统描述
• 5.2 通用预测控制
• 5.3 区间预测控制稳定性
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 稳定性分析
• 5.4 仿真研究
• 5.5 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢