多步控制集鲁棒预测控制器在啤酒发酵温度控制中的应用研究

摘要

鲁棒预测控制作为一种先进的控制理论,因其对复杂工业过程的适应性,以及良好的控制性能,受到工业界和理论界的广泛重视。通过近几十年的理论研究,现代鲁棒预测控制理论涌现出很多重要的研究成果。但针对存在大惯性滞后、不确定性等特性的实际工业对象,怎样在保证系统稳定性的条件下,设计出控制性能良好、在线计算量小且初始可行域范围较大的控制器,一直都是近年来鲁棒预测控制研究的难点和重点。
　　 本文根据啤酒发酵过程为工程背景,利用多胞不变集原理及多步控制集方法,提出了一种新的鲁棒预测控制在线算法,并应用到存在大惯性滞后、不确定性的啤酒发酵温度控制系统中。在Matlab环境下仿真,结果表明该算法在啤酒罐温度控制系统中的实用性和有效性。
　　 本文的主要研究内容和成果有如下几个方面:
　　 (1)针对实际工业过程中的控制对象,采用输入增量作为新的输入量,建立了一种多胞结构的不确定时滞增广模型。在此模型基础上,对多步控制集的鲁棒预测控制算法进行了理论研究。根据增广模型输入矩阵的特点,采用增益调度的思想,并结合多步控制集的方法,提出了参数可依赖的反馈鲁棒预测控制算法。仿真效果表明了两种算法的优缺点,采用增益调度思想设计的多步控制集的鲁棒预测控制算法,比单纯应用多步控制集的算法,能更好的改善系统的控制性能。
　　 (2)对啤酒发酵生产工艺和控制要求进行了详细的分析研究。重点研究啤酒发酵温度为代表的大惯性滞后、不确定性等特点的控制对象,分析了其控制的难点,并应用机理分析出其模型的结构并试验辨识出模型结构中的参数值,进而建立了啤酒发酵温控系统的多胞不确定离散模型。最后采用文中提出的方法设计鲁棒预测控制器,对温控系统的离散模型进行了仿真分析。仿真结果说明,在该控制器作用下,啤酒发酵罐内的温度可以很好的跟踪工艺曲线的变化。