过程控制系统实时预测控制软件开发与应用

摘要

预测控制策略被认为是工业过程最有前途的先进控制算法,已被许多大公司嵌入到控制系统软件中,在一些大型的过程控制系统中得到应用.但预测控制在许多中小型装置的回路还未得到广泛应用,其原因在于该算法与常用的PID控制器比对工程师的专业知识要求较高,计算量也较大.为此,该文针对过程控制系统的特点,研究和开发了实时性好的低成本预测控制仿真与控制的一体化预测控制软件包,在实验装置和工业系统中得到应用.

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第一章绪论

1.1预测控制的提出与发展

1.1.1预测控制产生的实际背景

1.1.2预测控制的发展概述

1.1.3预测控制的发展前景

1.2预测控制的方法策略

1.3预测控制的工业应用

1.4本文的主要工作

第二章动态矩阵控制算法描述及其分析

2.1预测控制的基本思想

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(DMC)的基本原理和算法

2.3多变量动态矩阵控制的原理和算法

2.4动态矩阵控制算法的实现

2.4.1离线计算

2.4.2初始化

2.4.3在线运算

2.5动态矩阵控制的参数设计

2.5.1采样周期T与模型长度N

2.5.2优化时域长度P

2.5.3控制时域长度M

2.5.4误差权矩阵Q

2.5.5控制权矩阵R

2.5.6误差校正向量h

2.6 DMC算法存在的问题

2.6.1理论算法方面

2.6.2实际应用方面

2.7带有积分环节对象的DMC控制算法

2.7.1问题分析

2.7.2 DMC改进算法

第三章动态矩阵控制软件介绍及仿真结果

3.1系统组成

3.1.1控制参数输入模块

3.1.2数据采集模块

3.1.3对象模型辨识模块

3.1.4对象阶跃响应模块

3.1.5控制器矩阵模块

3.1.6 DMC在线控制模块

3.1.7结果输出模块

3.1.8干扰处理模块

3.1.9约束处理模块

3.2控制系统结构

3.3仿真研究

3.3.1单变量仿真实例

3.3.2多变量仿真实例

3.4稳定性分析

第四章DMC在实验装置及工业系统中的应用

4.1 DMC在锅炉水位控制中的应用

4.1.1锅炉对象的系统描述

4.1.2实验过程与结果

4.2 DMC在工业现场中的应用

4.3预测控制实用化中存在的问题

4.3.1参数的自动调节

4.3.2非线性问题

4.3.3智能化发展

4.3.4实用化发展

4.3.5软件设计

第五章总结与展望

参考文献

致谢

附录