基于遗传算法和非线性规划的约束广义预测控制

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1、声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：盔丝日期：丝丛：』!]关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅

2、；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：南碴奄导师签名：——∑乏垄虹日期：j斗上—乙粤一太原理工大学硕士研究生学位论文基于遗传算法和非线性规划的约束广义预测控制摘要IIllllJIIIMlllllJllllllrlJMlllllJIIllllfY2395523预测控制是20世纪70年代产生的一类新型计算机控制算法。经过30多年的发展，预测控制理论和实践发展都取得了丰硕的成果，形成了具有滚动优化特色，能够解决不确定性系统稳定和鲁棒性强的设

3、计理论体系。广义预测控制(GPC)在自适应控制和预测控制研究基础上发展起来控制方法。该算法是一种鲁棒性强、能够有效地克服系统滞后、可应用于开环不稳定非最小相位系统的先进控制算法。然而，传统的GPC算法没有考虑到工业过程对控制作用的约束要求。如果在广义预测控制中考虑约束，势必会对控制量求解带来难度，影响了广义预测控制的性能。通常状况下，求解有约束的广义预测控制器是一个优化问题，应用传统算法来求解变得很难，而且计算量大。因此，为了解决广义预测控制出现的这种问题，需要寻找其他的优化方法。遗传算法(GA)是在生物遗传机理和自然选择基础

4、上，应用数学方法模拟自然进化建立数学模型，并且能够处理复杂问题的优化方法。由于遗传算法不受问题性质、优化准则形式等因素的限制，而且目标函数在适应度和概率大小引导下进行全局搜索，能够有效的处理带约束的优化问题。非线性规划也是一种优化理论和方法，主要研究极值问题和约束极值问题的理论和算法。但是GA也有其局限性，比如早熟收敛的问题，局部搜索能力弱。还有就是群体规模对遗传算法的优化性能也有较大影响。种群规模小可能会导致种群单一化，群体进化过程很快结束，当种群规模取值较大时太原理工大学硕士研究生学位论文将导致计算量增加，计算效率下降。本

5、文针对有约束广义预测控制，在遗传算法的基础上结合非线性规划算法来弥补这些不足。由于非线性规划局部搜索能力较强，遗传算法全局搜索能力较强，结合两种算法的优势并引入到广义预测控制的滚动寻优过程中并求得最优控制律。通过MATLAB仿真结果验证此结合算法在约束广义预测控制研究中的适用性和有效性，提高了寻优结果的精度和快速性，得到满意的控制效果。最后，本文将基于遗传算法和非线性规划的约束广义预测控制应用于结晶器液位控制中进行实验研究，仿真结果证明该算法有效性。关键词：广义预测控制，遗传算法，非线性规划算法，约束太原理工大学硕士研究生学位

6、论文CONSTRINEDGENERALIZEDPREDICTIVECONTROLBASED0NGE]NETICALGOR【THMANDNONLINEARPROGRAMMINGOPTIMIZATl0NABSTRACTThePredictioncontrolisakindofnewcomputerizedcontrolalgorithmdevelopedinthe1970s．Overthepast30years，predictivecontroltheoryandpracticedevelopmenthasachievedfrui

7、tfulresults，andcreateauniquerolloptimizingtheuncertaintyofthesystemandstablerobustdesigntheorysystem·GeneralizedPredictiveControl(GPC)basedonadaptivecontrolandpredictivecontrolresearchdevelopedcontrolmethods．Thealgorithmisaadvancedcontrolalgorithm，whichisrobustsyste

8、mthatcaneffectively,overcomethelagandbeappliedtotheopen—loopunstablenonminimumphasesystem．However,●。一一thetraditionalGPCalgorithmdoesnotcon