复杂热工系统广义预测控制及应用软件包研究开发

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1、山东大学硕士学位论文复杂热工系统广义预测控制及应用软件包研究开发姓名：李义兴申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：刘红波20070516山东大学硕士论文摘要预测控制被认为是工业过程最有前途的优化控制算法，对于复杂控制问题，预测控制技术能提供比PID控制技术更优良的控制性能，已被许多大公司嵌入到控制系统软件中，在一些大型的过程控制系统中得到应用。但预测控制在许多中小型装置中还未得到广泛应用．广义预测控制(GPc)是预测控制的一种有效方法，GPc控制实施时，控制器参数通常需要在控制前通过仿真和实时试验凑试，费时费力；

2、按此参数实施控制也常常无法保证良好的控制效果．目前对于GPc控制器，整定方法和技术还缺乏应用研究，因而严重地限制了GPc预测方案的广泛应用。复杂热工系统是典型的复杂工业过程，具有大迟延、大惯性和时变性，常规的PID控制通常不能取得满意的控制效果。由于采用滚动优化、反馈校正，GPc对模型要求不高，控制性能较好，鲁棒性强，能有效处理约束，因此在复杂热工系统控制中具有很大的应用潜力，结合GPc参数整定方法的工程化研究，将大大增强控制效果和应用的效率．因此，复杂热工系统GPC参数整定方法的应用研究具有重要的理论意义和应用价值。在过程控制

3、问题当中，如果过程的准确模型已知，则可以根据模型设计出完美的控制器．但是在实际应用中，要获得过程准确模型是非常困难甚至是不可能的。控制理论研究中，系统辨识是一个很活跃的研究领域，与其他领域，如高级控制算法、优化算法和信号处理等研究有很大的联系，前人已提出了许多的模型辨识算法．阶跃响应辨识由于具有实现简单，易于控制等优点，在工业生产中应用广泛。本文对基于阶跃响应的多变量系统辨识时域方法进行了研究。．．论文的内容共分五章．主要研究工作如下：(1)首先阐述了本文课题背景和意义，对预测控制的发展和现状进行了综述，介绍了广义预测控制在热工

4、过程控制中的应用研究现状。提出了本文的主要工作．(2)研究了基于阶跃响应的时域辨识方法．在系统辨识过程中，耦山东大学硕士论文合的闭环TIT0系统分解成4个独立的开环sIsO系统，对应着4个具有相同输入信号的传递函数，这样TITO系统的辨识转化成4个SIsO系统的辨识。仿真结果表明这种多变量系统辨识方法是有效和实用的。这种多变量系统辫识方法优于已有的其他阶跃响应测试辨识方法。而且，在有大量测量噪声的情况下，这种方法具有很强的鲁棒性．这种方法在多变量系统辨识和控制器设计中具有广泛的应用价值。(3)通过回顾广义预测控制的发展过程，首先

5、给出了广义预测控制的等价传递函数形式。用闭环分析的方法分析不同的设计和整定参数在控制中的作用，总结了在具体应用中，广义预测控制与许多著名的控制算法是等效的。针对控制的实施阶段参数调整困难的问题，本章在前人研究的基础上给出了GPc参数的整定方法，整定参数以外的其余设计参数赋予适当的默认值。每一种GPc参数的整定方法允许设计者仅仅通过一个参数的调整，就能在较大的范围内改变系统的闭环响应。通过大量仿真证明了理论分析结果的正确性，并证明了对于比较大的过程参数变化，广义预测控制具有使过程闭环特性一致的能力，因此鲁棒性较好。(4)基于C++

6、Builder，将上述模型辨识方法、GPC参数整定方法集成起来，初步研究开发了适于中小型装置工业应用的GPC应用软件包。关键词：广义预测控制；系统辨识；热工控制；参数整定Il山东大学硕士论文ABSTRACTPredictivecontrolisregardedasthemostpromisingoptimizationcontrolalgorithm．Forcomplexcontrolproblems，model-basedpredictiVecontrolmaygiVebettercontrolperformancethant

7、hecommonPIDcontr01．ManybigcompanieshaVeembeddeditintocontrolsy8temsoftwareandapplieditsuccessfhllyinsomeIarge·scaleprocesscontr01systems．However，predictiVecontrolwasscafcelyappliedinmanymedium-sizedands矗1al】controlsystems．ThegeneralizedpredictiVecontrol(GPC)isoneofth

8、emostefficiencyalgorithm8ofpredictivecontr01．Parameter8OfGPCareu8uallyobtainedbysimulationsorrealtimete8tsbeforethecommissioning8ta