鲁棒预测控制在大范围变工况工业系统中的应用

摘要

许多工业对象的动态特征是随工况的变化而变化的，故而系统的模型参数在不同工况点也是不同的。本文在现有基于线性矩阵不等式(LinearLMI)理论的鲁棒预测控制算法的基础上针对大范围变工况系统，从减小保守性、考虑实际工程问题（区分软硬约束的要求、状态不可测）的角度进行改进，提出了一种大范围变工况工业RMPC算法。
　　 首先，使用分段式多面体不确定线性时变系统模型(Piece-wisedlineartimevaryingsystemwithpolytopicuncertainty)来更好地近似工业系统，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。然后，在每个工况点附近，建立了一种带有显式稳定性区域的RMPC局部控制器。通过一系列局部RMPC控制器所确定的稳定性区域的串联来扩张期望操作点附近的稳定性区域。这样，原来的大范围变工况控制问题被简化成包括一组LMI的凸优化问题。算法中加入了状态观测器来解决工业系统中常见的状态不可测问题。
　　 本文提出的工业鲁棒预测控制算法具有一定的理论意义，采用参数时变的Lyapunov函数代替单一Lyapunov函数，采用增加额外自由度的控制率代替固定的反馈控制率，从而减少保守性，提高控制性能。另一方面，该算法还具有工程应用价值，可以处理大范围变工况问题，混合约束（软硬约束）问题、状态不可测等工业中的常见现象。

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 预测控制算法及工业应用的发展

1．2．1 预测控制算法的发展

1．2．2 预测控制软件包的发展

1．2．3 核电站蒸汽发生器水位控制系统的研究现状

1．3 本课题的主要研究内容

第2章 大范围变工况工业鲁棒预测控制

2．1 基于线性矩阵不等式的鲁棒预测控制

2．1．1 不确定系统的描述

2．1．2 线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality，LMI)

2．1．3 基于线性矩阵不等式的鲁棒预测控制

2．2 大范围变工况工业鲁棒预测控制

2．2．1 带多面体不确定集的分段线性时变模型

2．2．2 大范围变工况工业鲁棒预测控制算法

第3章 蒸汽发生器的水位控制

3．1 引言

3．2 UTSG水位控制

3．3 UTSG水位模型及约束

3．4 RMPC在UTSG水位控制中的应用

3．4．1 问题描述

3．4．1 仿真及系统分析

第4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