基于物理平台的多变量预测控制系统的设计与研究

摘要

目前，在实际工业过程中被控对象大多都是具有强耦合、非线性和多约束特性的多变量系统。对于多变量系统，传统的PID控制算法不能对其进行很好的控制，而预测控制基于其模型预测、滚动优化和反馈校正等控制策略，适用于比较复杂的过程控制系统，因此本文提出了两种针对多变量系统的预测控制算法：多变量动态矩阵控制算法及基于黄金分割法的阶梯式约束多变量动态矩阵控制算法，并对它们的控制结构、原理都进行了较为深入的分析。
　　但是，针对多变量系统的研究基本都局限于在模拟仿真环境下进行的控制理论研究，缺乏在实际系统中的应用检验，因此在本文的研究过程中搭建了一个基于YC-SX多变量过程控制实验平台的四容水箱多变量系统实物模型，并且通过实验研究比较了传统前馈补偿PID解耦控制算法和两种预测控制算法对此多变量系统的解耦控制效果。实验结果表明基于黄金分割法的阶梯式约束多变量动态矩阵控制算法的控制效果最好，能够在各种扰动情况下及不同工况下有效地解决多变量系统耦合问题，并且，这种在实验平台上的控制系统设计研究更加接近于工程实际情况，对于检验理论研究成果有很重要的意义。
　　最后，为了操作、分析方便，本文设计了一个基于Matlab和LabVIEW软件的人机操作界面，综合了Matlab软件在数据运算处理和LabVIEW软件在创建操作界面方面的优点，达到了更好的界面操作效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 多变量系统控制理论研究现状

1.3 预测控制理论在多变量控制系统中的研究现状

1.4 本文的主要工作及创新点

第2章 基于物理平台的多变量系统的设计

2.1 YC-SX多变量过程控制实验平台简介

2.2 操作界面设计

2.3 四容水箱多变量系统的设计

2.4 四容水箱多变量系统机理建模

2.5 四容水箱多变量系统的辨识

2.6 本章小结

第3章 多变量系统控制策略

3.1 多变量系统前馈补偿PID控制

3.2 多变量系统动态矩阵控制

3.3 基于黄金分割法的阶梯式约束多变量动态矩阵控制

3.4 本章小结

第4章 控制策略在四容水箱多变量系统上的实现

4.1 三种控制算法在给定值扰动和调节量脉冲扰动下的实验研究

4.2 三种控制算法在调节量阶跃扰动下的实验研究

4.3 三种控制算法在不同工况下的实验研究

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢