基于多模型插值的LPV模型辨识及应用研究

摘要

针对复杂工业非线性系统的建模和控制问题，本文主要研究基于多模型插值的变参数线性(LPV)模型辨识算法，并以两个典型的工业过程:循环流化床锅炉及高纯度分馏塔作为研究对象，验证所提建模方法在非线性系统辨识和控制方面的有效性和实用性。
　　 论文主要工作有:
　　 (1)研究基于多模型插值的单工作点变量LPV模型辨识算法。该LPV模型采用多工作点局部线性模型插值构成，具有全局稳定、工作点变量选择灵活和兼顾实际对象运行特性等优点。以电厂工业循环流化床锅炉为对象，施行现场辨识与控制仿真。采用蒸汽流量作为工作点变量，建立不同权重函数下单工作点变量LPV模型，进行全过程模型预测控制(MPC)仿真及局部控制器投运，较好地满足了蒸汽负荷变化条件下锅炉燃烧状态的优化控制目标。
　　 (2)为解决工业系统非线性程度高和操作轨迹复杂等问题，拓展LPV模型的双工作点变量形式。研究以二维线性函数、多项式函数、高斯函数作为权重函数的模型辨识算法。建立高纯度分馏塔的双工作点变量LPV模型，仿真对比不同权重函数下各模型的输出和阶跃响应拟合效果。仿真表明所建LPV模型能够反映分馏塔系统在整个操作轨迹上的运行特性。
　　 (3)针对操作轨迹无稳态系统，提出基于过渡过程实验的LPV模型辨识策略，引入多种非线性寻优算法优化局部线性模型及权重参数。以高纯度分馏塔作为研究对象，建立其过渡过程实验条件下不同权重函数的LPV模型。所建模型的输出和阶跃响应获得了良好的拟合效果。通过分析各个权重函数的优劣，为后续研究给出了新的思路。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 非线性系统辨识

1．1．1 Hammerstein模型

1．1．2 Wiener模型

1．1．3 NtN Hammerstein-wiener模型

1．1．4 LPV模型

1．2 循环流化床锅炉的运行特性及研究现状

1．2．1 循环流化燃煤技术

1．2．2 循环流化床锅炉辨识及控制难点

1．2．3 循环流化床锅炉模型研究现状

1．3 高纯度分馏塔的运行特性及研究现状

1．3．1 高纯度分馏塔运行原理及特性

1．3．2 高纯度分馏塔模型研究现状

1．4 论文的主要工作

第二章 单工作点变量LPV模型辨识及工业实例研究

2．1 单工作点变量LPV模型辨识

2．1．1 线性函数权重

2．1．2 三次样条函数权重

2．1．3 高斯函数权重

2．2 工业循环流化床锅炉LPV模型辨识与MPC仿真控制

2．2．1 循环流化床锅炉结构及运行原理

2．2．2 辨识实验准备与执行

2．2．3 LPV模型辨识

2．2．4 MPC仿真控制

2．3 本章小结

第三章 双工作点变量LPV模型辨识及应用研究

3．1 双工作点变量LPV模型辨识

3．1．1 线性函数权重

3．1．2 多项式函数权重

3．1．3 高斯函数权重

3．2 高纯度分馏塔LPV模型辨识

3．2．1 高纯度分馏塔LV运行模式模型

3．2．2 高纯度分馏塔LPV模型辨识

3．3 本章小结

第四章 过渡过程实验下LPV模型辨识及应用研究

4．1 过渡过程实验下的LPV模型辨识

4．1．1 输出端权重算法

4．1．2 输出端权重算法

4．2 高纯度分馏塔LPV模型辨识

4．2．1 辨识实验及工作点上的线性模型辫识

4．2．2 三种权重函数下的LPV模型比较

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 未来工作展望

5．3 论文主要创新点

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的学术论文发表及科研工作