多步控制集鲁棒预测控制器在啤酒发酵温度控制中的应用研究

论文摘要

鲁棒预测控制作为一种先进的控制理论,因其对复杂工业过程的适应性,以及良好的控制性能,受到工业界和理论界的广泛重视。通过近几十年的理论研究,现代鲁棒预测控制理论涌现出很多重要的研究成果。但针对存在大惯性滞后、不确定性等特性的实际工业对象,怎样在保证系统稳定性的条件下,设计出控制性能良好、在线计算量小且初始可行域范围较大的控制器,一直都是近年来鲁棒预测控制研究的难点和重点。本文根据啤酒发酵过程为工程背景,利用多胞不变集原理及多步控制集方法,提出了一种新的鲁棒预测控制在线算法,并应用到存在大惯性滞后、不确定性的啤酒发酵温度控制系统中。在Matlab环境下仿真,结果表明该算法在啤酒罐温度控制系统中的实用性和有效性。本文的主要研究内容和成果有如下几个方面:(1)针对实际工业过程中的控制对象,采用输入增量作为新的输入量,建立了一种多胞结构的不确定时滞增广模型。在此模型基础上,对多步控制集的鲁棒预测控制算法进行了理论研究。根据增广模型输入矩阵的特点,采用增益调度的思想,并结合多步控制集的方法,提出了参数可依赖的反馈鲁棒预测控制算法。仿真效果表明了两种算法的优缺点,采用增益调度思想设计的多步控制集的鲁棒预测控制算法,比单纯应用多步控制集的算法,能更好的改善系统的控制性能。(2)对啤酒发酵生产工艺和控制要求进行了详细的分析研究。重点研究啤酒发酵温度为代表的大惯性滞后、不确定性等特点的控制对象,分析了其控制的难点,并应用机理分析出其模型的结构并试验辨识出模型结构中的参数值,进而建立了啤酒发酵温控系统的多胞不确定离散模型。最后采用文中提出的方法设计鲁棒预测控制器,对温控系统的离散模型进行了仿真分析。仿真结果说明,在该控制器作用下,啤酒发酵罐内的温度可以很好的跟踪工艺曲线的变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题介绍
• 1.1.1 啤酒发酵过程特性的描述
• 1.1.2 课题的简要工程背景
• 1.2 课题的研究现状
• 1.3 研究课题的目的和意义
• 1.4 研究课题的提出及内容
• 第2章 鲁棒预测控制基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 预测控制的基本原理
• 2.2.1 预测模型
• 2.2.2 滚动优化
• 2.2.3 反馈校正
• 2.3 鲁棒预测控制
• 2.3.1 鲁棒预测控制的综述
• 2.3.2 鲁棒预测控制方法
• 2.3.3 预测控制的鲁棒稳定性分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 啤酒发酵过程和建模方法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 发酵过程概述
• 3.2.1 发酵过程描述
• 3.2.2 啤酒发酵过程的温度控制工艺要求
• 3.3 啤酒发酵温度控制系统的模型分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于增益调度多步控制集的鲁棒预测控制算法
• 4.1 引言
• 4.2 不确定时滞模型分析
• 4.2.1 不确定模型描述
• 4.2.2 两种常见的不确定时滞模型
• 4.2.3 不确定时滞模型增广处理
• 4.3 增广时滞模型的多步控制集在线算法
• 4.4 采用增益调度的多步控制集的新算法
• 4.4.1 增益调度理论概念
• 4.4.2 采用增益调度的多步控制集的在线算法
• 4.4.3 算法的稳定性分析
• 4.5 仿真研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 多步控制集鲁棒预测控制器在发酵温度控制中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 啤酒发酵温度控制的离散化模型建立
• 5.2.1 发酵温度控制模型的动态参数
• 5.2.2 新算法的应用
• 5.3 仿真研究
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文