带软约束的调度鲁棒预测控制在大范围变工况工业系统中的应用

摘要

许多复杂的工业系统都具有大范围变工况的特性，这就给控制方法带来了很大的难题。本文在现有的基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality, LMI)理论的鲁棒预测控制算法(Robust Model Predictive Control，RMPC)的基础上针对大范围变工况系统，从调度切换思想、减小控制算法保守性、引入软约束(Soft Constraints)等方面进行改进，提出了大范围变工况调度鲁棒预测控制算法。 首先，在多包描述模型方面，文章引出了分段多面体不确定线性时变模型(Piece-wised linear time varying system with polytopic uncertainty)，从而可以更好地近似复杂工业系统，将大范围变工况的系统表示成一系列工况点附近的线性时变系统。这样我们就可以在每个分段模型内建立带有估计稳定域的局部鲁棒预测控制器，从而形成一系列的相互嵌套着的稳定区域。最后在线部分，利用调度鲁棒预测控制的切换思想，在整个稳定区域内进行优化调度控制，从而实现对大范围变工况复杂工业系统的很好的控制。 文章以核电站蒸汽发生器(U-tube Steam Generator)水位控制作为带有大范围变工况特性的复杂工业系统典型，又引入了软约束来处理控制算法的约束问题，展现了针对大范围变工况系统调度鲁棒预测控制的工程实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 预测控制近年来的主要发展现状

1．3 鲁棒预测控制算法的研究现状

1．4 大范围变工况工业控制系统

1．5 本课题的主要研究内容

第2章 大范围变工况调度鲁棒预测控制

2．1 不确定系统的模型描述

2．2 线性矩阵不等式(LMI)

2．3 基于线性矩阵不等式的局部鲁棒预测控制

2．3．1 不带约束的鲁棒预测控制算法

2．3．2 约束的处理

2．4 基于切换思想的大范围变工况调度鲁棒预测控制

2．4．1 带稳定域的离线局部控制器

2．4．2 在线调度鲁棒预测控制

2．5 本章小结

第3章 关于软约束的研究

3．1 软约束的引用

3．2 Exact Penalty Function理论

3．3 基于Exact Penalty Function理论的软约束

3．4 鲁棒预测控制中引入软约束的研究

3．5 本章小结

第4章 核电厂蒸汽发生器水位的大范围变工况鲁棒预测控制

4．1 U型管蒸汽发生器

4．2 UTSG水位的模型

4．3 UTSG水位的调度鲁棒预测控制

4．3．1 UTSG的分段线性参变模型

4．3．2 分段区间内的局部控制

4．3．3 核电站蒸汽发生器水位控制中引入软约束的研究

4．3．4 针对大范围变工况情形下的核电站水位控制

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢