可实现单边区间控制的模型预测控制方法研究

摘要

工业生产中比较常见的控制目的是维持被控变量等于设定值，即设定值控制，然而在很多情况下，综合考虑产品的产量、质量以及能耗物耗等前提时，系统输出不再是严格的设定值跟踪，只需控制在某一区间内即可。采取区间控制可以给予控制器抑制扰动有较大的自由度，同时降低控制的作用频率。当输出违反目标区间时控制作用校正输出返回区间，当输出在区间内时控制作用维持不变。然而对于有些对象的控制过程，控制器对于输出偏离不同的区间方向需要采取不同的控制强度，即输出违反目标区间的上界和下界时控制器的调节力度可以是不同的，应用在这种场合的区间控制策略称为单边区间控制。 本文围绕着单边区间控制展开研究，针对大部分已有的区间控制方法能够使违反目标区间的输出返回到区间内，但无法保证输出在整个控制过程中严格保持在区间内，因此为实现输出的无超调区间控制，本文首先提出了一种可实现单边区间控制的模型预测控制方法，该方法不仅能够实现单边区间控制，还能实现一般的等边界区间控制;进一步针对该方法存在的不足对其进行改进，但改进的算法和原方法都不能保证输出一定实现无超调的区间控制，这主要取决于输出期望区间选取得合理与否;为此本文最后对输出期望区间的选取方法进行了研究，从凸体几何角度给出一种最佳输出期望区间的选取方法，通过该方法计算出的输出期望区间结合改进的可实现单边区间控制的算法能够使输出在一定范围的干扰的影响下实现无超调区间控制。论文主要包括以下几个方面: 首先，对区间控制进行了综述，包括研究背景与意义、区间控制理论的研究现状等。 其次，提出了一种可实现单边区间控制的模型预测控制方法，通过引入和设置两个输出误差加权矩阵对不同的输出偏离方向采取不同的调节力度，最后给出了仿真实例。 再次，对该方法进行了改进，通过添加控制增量的期望衰减因子使改进的算法在线计算时间得以缩短，算法复杂度降低，最后给出的仿真实例验证了改进算法的有效性。 最后，根据OCI给出了输出期望区间合理性判定依据，其次针对输出期望区间选取得不合理的情形从凸体几何角度给出了一种自主选取最佳输出期望区间的方法，最后仿真实例验证了该方法的有效性，实现了输出无超调，控制作用变化平缓。 在论文最后，对本文进行总结，提出了下一步研究工作及对区间控制的未来展望。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2区间控制方法的研究现状

1．2．1国内研究现状

1．2．2国外研究现状

1．3与区间控制相关的其他理论的研究现状

1．4主要研究内容与组织安排

第2章理论基础知识

2．1预测控制的基本结构

2．1．1预测模型

2．1．2滚动优化

2．1．3反馈校正

2．2动态矩阵控制算法

2．2．1预测模型

2．2．2参考轨迹

2．2．3滚动优化

2．2．4反馈校正

2．3四种区间预测控制方法的介绍

2．3．1基于软约束方法的区间预测控制算法

2．3．2参考轨迹在线优化的区间预测控制方法

2．3．3设定值近似的区间预测控制方法

2．3．4漏斗约束区间预测控制方法

2．4本章小结

第3章一种可实现单边区间控制的模型预测控制方法

3．1方法的解释与描述

3．1．1方法的解释

3．1．2方法的描述

3．2方法的求解

3．2．1预测模型

3．2．2滚动优化

3．2．3反馈校正

3．3仿真实例

3．3．1单变量系统

3．3．2多变量系统

3．4本章小结

第4章改进的可实现单边区间控制的模型预测控制算法

4．1改进算法的描述

4．2改进算法的求解

4．2．1预测模型

4．2．2滚动优化

4．2．3反馈校正

4．3仿真实例

4．3．1抑制干扰的情况

4．3．2可实现单边区间控制的情况

4．4本章小结

第5章输出期望区间选取方法的研究

5．1输出期望区间合理性判定

5．1．1可实现单边区间控制的模型改写描述

5．1．2输出期望区间合理性判定依据

5．2输出期望区间不合理时的调整方案

5．3仿真实例

5．4本章小结

第6章总结与展望

参考文献

致谢