广义预测灰色自校正控制算法的研究

论文摘要

预测控制作为一种新型的计算机控制算法,由于其具有滚动优化、反馈校正等鲜明特征,广泛地应用于包括工业过程控制在内的诸多领域。预测控制自提出以来,出现了几十种之多,预测控制的具体形式更是丰富多彩。广义预测控制(Generalized Predictive Control)是80年代产生的一种新型计算机控制方法,是预测控制中最具代表性的算法之一。它一出现就受到了国内外控制理论界和工业界的重视,成为研究领域中最为活跃的一种预测控制算法。本文首先对预测控制的基本原理作了简单介绍,并以广义预测控制为例,介绍了预测控制的算法实现。预测函数控制作为近几年发展起来的一种新型预测控制方法倍受关注,其最大的特点是控制量计算方程简单,实时控制计算量小,特别适用于快速系统的控制。因此针对传统广义预测控制算法中存在的响应速度慢,计算量大,快速性较差的问题,将预测函数控制引入广义预测控制算法中,提出了一种基于预测函数控制的GPC快速算法,该算法减少了在线计算量,明显缩短了系统响应时间,提高了系统的快速性。其次,考虑到递推最小二乘法或递推增广最小二乘法中ARMA模型的参数估值收敛较慢,抗干扰能力差等缺点,本文采用算法简单抗干扰能力强的灰色系统理论对模型参数进行在线辨识,及时修正模型误差。将三阶灰色系统理论引入广义预测控制算法中,提出了一种广义预测灰色自校正控制算法。该算法控制效果良好,输出信号能平稳地到达设定值,达到了较高的跟踪精度。本文最后对基于预测函数的GPC算法,基本GPC算法,基于预测函数的广义预测灰色自校正控制算法以及基本的广义预测灰色自校正控制算法分别对四阶系统模型和三阶系统模型做了仿真比较。仿真结果表明这种引入预测函数的广义预测控制算法确实提高了系统的快速性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 预测控制研究现状
• 1.2.1 非参数模型预测控制
• 1.2.2 参数模型预测控制
• 1.3 研究的目的及意义
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 预测控制基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 预测控制基本原理
• 2.2.1 数学模型描述
• 2.2.2 广义预测基本方法
• 2.3 Diophantine 方程的递推求解
• j和F_j 的递推解'>2.3.1 E_j和F_j的递推解
• j和H_j 的递推求解'>2.3.2 G_j和H_j的递推求解
• 2.4 广义预测控制方法的参数选择
• 2.5 广义预测控制基本算法的局限性
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于预测函数控制的广义预测控制算法
• 3.1 引言
• 3.2 预测函数控制
• 3.2.1 基函数
• 3.2.2 参考轨迹
• 3.2.3 预测模型
• 3.2.4 误差补偿
• 3.2.5 滚动优化
• 3.3 基于预测函数控制的GPC 算法
• 3.3.1 基函数的选择准则
• 3.3.2 预测控制器的设计
• 3.3.3 引入基函数的GPC 算法推导
• 3.4 本章小结
• 第4章 灰色预测控制
• 4.1 引言
• 4.2 灰色系统建模思想
• 4.3 灰色系统模型
• 4.3.1 一阶灰色模型
• 4.3.2 二阶灰色模型
• 4.3.3 三阶灰色模型
• 4.4 参数的递推辨识算法
• 4.5 广义预测灰色自校正控制算法
• 4.6 本章小结
• 第5章 仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 改进的 GPC 算法与基本 GPC 算法仿真比较
• 5.3 灰色辨识结果比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢