双层结构模型预测控制策略研究教程.doc

双层结构模型预测控制算法研究 摘要 双层结构模型预测控制算法不但解决了模型预测控制中选取设定值的问题，而且实现了将系统稳定性、经济性及设定值优化和设定值追踪进行分离，使结构更加清晰。由于预测控制算法要求在线求解有约束的优化设定值，因此当前大型工业系统中预测控制算法的应用存在在线计算量大的问题，大大制约了预测控制算法的发展与应用。当前国内外对模型预测控制算法的理论研究与分析还不完善，因此该控制算法应用于大系统中欠缺相应的理论支持。 通过分析稳态优化层和动态控制层的双层结构模型预测控制算法，对该控制算法的稳态层与动态层进行改造，进而得出上层集中优化下层分散控制的双层结构控制算法。该控制算法不仅能减少大型系统在线求解量，而且能够保证该系统的整体最优的特性。本文主要从以下几个方面进行了系统研究： 1）对模型预测控制策略基本原理进行阐述，且基于该控制策略详细介绍了动态矩阵控制算法。2）采用双层的结构模型预测控制算法，上层稳态优化层通过计算稳态目标得出最优点，下层动态优化层则选用动态矩阵控制算法对最优点进行追踪，实现系统的优化与控制。3）得出稳态层集中优化与动态层分散控制的双层结构模型预测控制算法并通过仿真控制策略的有效性。 关键字：双层结构模型预测控制，集中优化，分散控制，动态矩阵控制算法 目录 TOC \o 1-2 \h \u  HYPERLINK \l _Toc19637 1绪论  PAGEREF _Toc19637 1  HYPERLINK \l _Toc15539 1.1研究背景及意义  PAGEREF _Toc15539 1  HYPERLINK \l _Toc29791 1.2模型预测控制发展现状  PAGEREF _Toc29791 1  HYPERLINK \l _Toc20756 1.3本文研究的主要内容  PAGEREF _Toc20756 2  HYPERLINK \l _Toc8116 2 模型预测控制基本原理  PAGEREF _Toc8116 4  HYPERLINK \l _Toc30152 2.1模型预测控制基本原理  PAGEREF _Toc30152 4  HYPERLINK \l _Toc7453 2.2动态矩阵控制算法  PAGEREF _Toc7453 6  HYPERLINK \l _Toc7197 3 双层结构模型预测控制  PAGEREF _Toc7197 10  HYPERLINK \l _Toc11028 3.1双层结构模型预测控制阐述  PAGEREF _Toc11028 10  HYPERLINK \l _Toc22908 3.2 稳态数学模型建立  PAGEREF _Toc22908 11  HYPERLINK \l _Toc32459 3.3 稳态目标计算  PAGEREF _Toc32459 12  HYPERLINK \l _Toc30202 3.4动态优化控制  PAGEREF _Toc30202 14  HYPERLINK \l _Toc12551 4 双层结构模型预测控制仿真  PAGEREF _Toc12551 15  HYPERLINK \l _Toc23618 4.1集中优化与分散控制策略  PAGEREF _Toc23618 16  HYPERLINK \l _Toc19161 4.2仿真分析  PAGEREF _Toc19161 20  HYPERLINK \l _Toc24045 5总结与展望  PAGEREF _Toc24045 27  HYPERLINK \l _Toc14618 参考文献  PAGEREF _Toc14618 28   PAGE \* MERGEFORMAT 29 1绪论 1.1研究背景及意义 石油、化工、造纸、医药等行业是我国的重要性行业，其关系到我国的国民生计以及经济安全，为我国经济发展的支柱性产业。传统的PID控制算法在工业生产中的得到普遍使用，在确保生产稳定、减少劳动力等方面取得了很大的成就。不过对于石油化工行业来说，其自身具有多变量、多约束条件的特点，使得对其控制的算法提出了很高的要求，传统的PID算法已不能完成大型复杂行业的生产要求。20世纪70年代，工业中出现了模型预测控制算法，用于处理传统控制算法无法达到控制效果的大型工业系统中。 模型预测控制算法大体包含模型预测、滚动优化、反馈校正这3部分。随着模型预测控制算法的进一步发展，其算法的应用领域也不断扩大，不单单用于石油化工等行业，还用于造纸、食品加工