动态矩阵控制算法研究及其在耦联水罐的应用

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1、学校代码：10255学号：2080810动态矩阵控制算法研究及其在耦联水罐的应用TheStudyOfDynamicMatrixControlAlgorithmAnditsApplicationinTheCoupled-Tank专业：控制理论与控制工程作者：吴瑞岩指导老师：石红瑞副教授答辩日期：2011年2月，’、‘●’■东华大学学位论文原创性声明。lYillllIl2UlIIIUllIiU3IUll6IIIIIl4il

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3、lU0Imo帆岫哪哪帆眦伽眦婴本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工

4、作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：黑馕绎彩日期：汐I／年溯、东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在——年解密后适用本版权

5、书。本学位论文属于不保密《学位论文作者签名：浆彤毙日期：沏7年朔(、珀指导教师签名：急红了每日期：沈ff年芝月廖日

6、一’●动态矩阵控制算法研究及其在耦联水罐的应用摘要动态矩阵控制(DMC)算法是由卡特勒等于1979年提出的一种基于对象阶跃响应预测模型、滚动实施并结合反馈校正的优化控制算法，是预测控制算法之一。由于该算法比较简单，计算量较少，鲁棒性强，近年来已在冶金、石油、化工等工业过程控制中得到十分成功的应用。本文对动态矩阵控制理论进行深入研究，包括其基本理论、算法的优点以及重要参数对系统性能的影响，实现动态矩阵控制算法对单容水罐以及双容水罐的仿真研究，并将

7、该算法应用于耦联水罐的液位控制，得到了良好的控制效果。主要工作内容如下：(1)研究了动态矩阵控制算法的原理，并分析比较了它和传统的PID控制算法在实际应用中的优缺点；(2)通过机理建立了单容以及双容耦联水罐的非线性模型，得到其在工作点附件的线性化近似模型，并给出了非线性模型的MATLAB／Simulink实现；(3)利用MATLAB／Simulink仿真比较了动态矩阵控制与PID控制、纯滞后补偿控制以及模糊控制在动态性能、抗干扰能力和鲁棒性等方面的性能；(4)设计了DMC和PI．DMC串级控制方案，并将其分别应用于单容以及双容耦联水罐的液位控制，MATLAB

8、仿真结果表明，该算法具有较好的快速性和稳态性能；(5)使用数据采集卡Q4、通用功率模块UPM-2405、工控机建立了耦联水罐控制系统，使用实时控制软件QuaRC及MATLAB构成的软件平台，完成对单容、双容耦联水罐的预测控制。关键词：动态矩阵控$1J(DMC)，耦联水罐，实时控制软件QuaRC，PI．DMC串级控制一lTheStudyofDynamicMatrixControlAlgorithmAnditsApplicationinCoupled—TankABSTRACTDynamicMatrixControl(DMC)，whichappearedin197

9、9，isanewtypeofcomputercontrolmethodandoneofthemostrepresentativealgorithms．Ithasreceivedincreasingattentioninthefieldofcontrolandindustry．dynamicmatrixcontrolwasresearchedinthepaper,concludingthebasicprinciple，theadvantageofthealgorithmandtheeffectoftheparametersonperformance．Simul

10、ationresearchwasdoneforone．tankandtwo．tankmodelofcoupled-tank．Thealgorithmwasappliedoncontrolofitslevel．ThemaincontentiSasfollows：(1)TheprinciplesofthedynamicmatrixcontrolwereanalyzedandtheadvantagesanddefaultsinpracticewerecomparedwiththatoftraditionalPIDcontr01．(2)Themechanicspri

11、nciplesofcoupled·tankplant