分数阶模型预测控制算法的研究-控制工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master Research on Fractional Order Model Predictive Control Algorithm Candidate: Zou Qin Supervisor: Prof. Zhang Ri-dong Prof. Zou Hong-bo December, 2015 杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证 毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大 学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文 的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（必威体育官网网址 论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日 杭州电 杭州电子科技大学硕士学位论文 摘 要 分数阶微积分理论研究不是新兴的，但其在控制领域的研究仍然是一个热门 的研究方向。传统控制理论的研究是针对整数阶模型和整数阶控制器的，而实际 系统过程在本质上是分数阶的，运用整数阶系统模型难以更好描述某些类型系统 的动态过程。以整数阶模型为基础设计的整数阶控制器来控制实际过程中的分数 阶系统是难以获得很好地控制性能的。随着实际生产过程对控制精度、原料成本、 安全等要求越来越高，需要更精确的模型来描述实际过程，更好的控制器来实现 良好的控制性能。 本文在前人的研究基础上，主要在以下两个方面做了研究：一方面，针对一 类分数阶系统提出了一种分数阶预测函数控制器的设计方法，利用 Oustaloup 近 似方法将分数阶系统近似为整数阶系统，然后利用 Grünwald-Letnikov 分数阶微 积分定义将整数阶预测函数控制扩展到分数阶预测函数控制，将分数阶积分算子 引入目标函数，最后求出分数阶控制系统的最优控制律，仿真实验验证了分数阶 控制器具有更好地控制效果。另一方面，针对分数阶系统描述的加热炉温度过程， 提供了一种扩展非 最小状态空间 分数 阶模型预测控制方 法， 首先利用 Grünwald-Letnikov 分数阶微积分定义得到系统的输入输出模型，基于扩展非最 小状态空间模型和选取的包含积分算子的性能指标设计了一种新的分数阶预测 控制器，仿真实验证明了该分数阶控制器获得了良好的控制性能，同时也促进了 模型预测控制方法在分数阶系统中的运用。 关键词：分数阶微积分，模型预测控制，分数阶系统，扩展非最小状态空间 I ABSTRACT Theoretical study on fractional calculus is not new, but its research on the control is still worth studying. The conventional study is for integer order model and integer order controller. However, the industrial processes are essentially the fractional systems and the integer order models cannot be used to describe these types of dynamic processes better than fractional order model. Meanwhile, it is difficult for the controllers based on integer order models for the fractional actual processes to obtain good performance of the system. Along with the increasing demands for the control accuracy, cost, security etc., more acc