基于隱式廣義預測控制算法的LNG出口壓力控制系統(tǒng)研究.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中LNG出口壓力控制系統(tǒng)具有非常廣泛的應用。伴隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對于LNG出口壓力控制的要求也越來越高。然而，就工業(yè)現(xiàn)場的壓力控制而言，是具有多變、復雜特點的過程，同時，在實際工業(yè)現(xiàn)場中，會有來自不同方面因素對LNG出口壓力控制進行影響，再加上壓力控制對象普遍具有非線性、大慣性、擾動因素多、大時滯等特點，這就會對壓力控制算法提出了更高的標準和要求。
　　隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的先進控制技術。由于它

2、能夠克服傳統(tǒng)控制技術的不足，因此被廣泛地應用到工業(yè)控制中。本文將LNG出口壓力作為研究對象，通過對廣義預測控制算法進行研究，在此基礎上，引出了通過直接辨識控制律參數(shù)的方式，對算法進行計算，使得此控制算法的實時性更高、快速性更強，稱之為隱式廣義預測控制算法，并建立了基于隱式廣義預測控制算法的LNG出口壓力控制模型，通過MATLAB仿真對比了當前PID算法和隱式廣義預測算法對于壓力控制的效果，還建立了以STM32為下位機的MCU的最小系統(tǒng)以

3、及必要的外圍電路設計，設計了壓力采集電路、比例電磁閥驅動電路，同時利用C＃和Visual Studio-2010設計了LNG出口壓力控制上位機系統(tǒng)，方便了用戶對于壓力的顯示和控制。論文的主要研究工作和創(chuàng)新點如下：
　　1.隱式廣義預測控制算法的分析和研究。本文針對一般的廣義預測控制算法，需要重復對Diophantine方程進行在線推導、求解，同時也要多次對矩陣進行求逆運算，這樣增加了計算量，同時也使計算變得復雜；假設對系統(tǒng)的原模型

4、參數(shù)進行直接辨識，同樣需要重復對Diophantine方程進行在線推導、求解，若想算出控制律，必須對控制器的參數(shù)進行求解，這樣也會對計算時間有所加長，系統(tǒng)控制的實時性也會有所降低，考慮到以上因素嚴重制約了廣義預測控制算法的實際應用，因此本文介紹了直接辨識控制律參數(shù)E、G、S。而不用對Diophantine方程在線反復推理、求解，對于計算時間的減少具有明顯的幫助，在此基礎上發(fā)展了隱式廣義預測控制算法。
　　2.基于隱式廣義預測控制算

5、法的LNG出口壓力控制系統(tǒng)建模和研究。由于LNG壓力控制具有時變性、不確定性、大滯后性的特點，不僅僅是控制對象的不確定性、時變性、大滯后性，同時還具有儲罐容量大、較大波動的用氣量、小時供氣量不勻稱性等特點，且在壓力控制過程中，LNG會有狀態(tài)的變化（液態(tài)轉化為氣態(tài)），因此現(xiàn)在用簡單的PID算法已經(jīng)無法達到控制的要求，利用隱式廣義預測控制算法的CARIMA模型，以及將LNG壓力控制抽象成一階線性滯后環(huán)節(jié)，構建了基于隱式廣義預測控制算法的LN

6、G出口壓力控制框圖和隱式廣義預測控制器。通過仿真發(fā)現(xiàn)隱式廣義預測控制對于壓力控制的快速性、穩(wěn)定性、魯棒性會更加完美。
　　3.LNG出口壓力控制系統(tǒng)的硬件設計?；陔[式廣義預測控制算法對本系統(tǒng)進行設計。在硬件上采用Cortex-M3為內(nèi)核的STM32微處理器來作為嵌入式控制器的核心CPU，搭建了STM32最小系統(tǒng)，在此基礎上，設計了RS-485通信接口電路、壓力檢測電路、比例電磁閥驅動電路，并采用MODBUS-RTU協(xié)議作為通信協(xié)

7、議，為了實現(xiàn)各模塊間的相互通信和信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在原有協(xié)議的基礎上，針對本系統(tǒng)的需求，設計了控制協(xié)議的格式，方便上下位機信息交流。同時也方便了LNG出口壓力進行實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理。
　　4.LNG出口壓力控制系統(tǒng)的軟件設計。主要運用Visual Studio-2010開發(fā)平臺及C＃語言進行開發(fā)，通過參考其它控制系統(tǒng)設計的經(jīng)驗以及操作人員的使用習慣，設計了LNG出口壓力控制上位機系統(tǒng)，其主要包括系統(tǒng)設置界面、退出系統(tǒng)界面、參數(shù)