分数阶模型预测控制算法的研究

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1、硕士学位论文题目:分数阶模型预测控制算法的研究研究生邹琴专业控制工程指导教师张日东研究员邹洪波副教授完成日期2015年12月杭州电子科技大学硕士学位论文分数阶模型预测控制算法的研究研究生：邹琴指导教师：张日东研究员邹洪波副教授2015年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonFractionalOrderModelPredictiveControlAlgorithmCandidate:ZouQinSupervisor:Prof.Zhang

2、Ri-dongProf.ZouHong-boDecember,2015杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明：指导下，独立进行研本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研充做出重要贡献的个人和集体。，均已在文中Ｗ明确方式标明申请学位论文与资料若有不实之处。，本人承担切相关责任论文作者签名：聲曰期：／年＾月曰奸学位论文使用授权说明目Ｐ：本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学

3、位论文的规定，研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可Ｗ公布论文。（、保密的全部或部分内容，可允许采用影印缩印或其它复制手段保存论文论文在解密后遵守此规定），：如＾年曰论文作者签名：与曰期月＾＾聲＾气指导教师签名：＞４年月／＜＾曰＾杭州电子科技大学硕士学位论文摘要分数阶微积分理论研究不是新兴的，但其在控制领域的研究仍然是一个热门的研究方向。传统控制理论的研究是针对整

4、数阶模型和整数阶控制器的，而实际系统过程在本质上是分数阶的，运用整数阶系统模型难以更好描述某些类型系统的动态过程。以整数阶模型为基础设计的整数阶控制器来控制实际过程中的分数阶系统是难以获得很好地控制性能的。随着实际生产过程对控制精度、原料成本、安全等要求越来越高，需要更精确的模型来描述实际过程，更好的控制器来实现良好的控制性能。本文在前人的研究基础上，主要在以下两个方面做了研究：一方面，针对一类分数阶系统提出了一种分数阶预测函数控制器的设计方法，利用Oustaloup近似方法将分数阶系统近似为整数阶系统，然后利用Grünwald-Letnikov分数阶微积

5、分定义将整数阶预测函数控制扩展到分数阶预测函数控制，将分数阶积分算子引入目标函数，最后求出分数阶控制系统的最优控制律，仿真实验验证了分数阶控制器具有更好地控制效果。另一方面，针对分数阶系统描述的加热炉温度过程，提供了一种扩展非最小状态空间分数阶模型预测控制方法，首先利用Grünwald-Letnikov分数阶微积分定义得到系统的输入输出模型，基于扩展非最小状态空间模型和选取的包含积分算子的性能指标设计了一种新的分数阶预测控制器，仿真实验证明了该分数阶控制器获得了良好的控制性能，同时也促进了模型预测控制方法在分数阶系统中的运用。关键词：分数阶微积分，模型预测

6、控制，分数阶系统，扩展非最小状态空间I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTTheoreticalstudyonfractionalcalculusisnotnew,butitsresearchonthecontrolisstillworthstudying.Theconventionalstudyisforintegerordermodelandintegerordercontroller.However,theindustrialprocessesareessentiallythefractionalsystemsandtheintegerord

7、ermodelscannotbeusedtodescribethesetypesofdynamicprocessesbetterthanfractionalordermodel.Meanwhile,itisdifficultforthecontrollersbasedonintegerordermodelsforthefractionalactualprocessestoobtaingoodperformanceofthesystem.Alongwiththeincreasingdemandsforthecontrolaccuracy,cost,secur

8、ityetc.,moreaccuratemodelsdescrib