數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測控制器設(shè)計與性能監(jiān)控.pdf

1、預(yù)測控制包括預(yù)測模型、滾動優(yōu)化和反饋校正三個要素,在處理多變量系統(tǒng)的控制問題以及處理系統(tǒng)存在的約束方面具有其獨到的優(yōu)勢。使得預(yù)測控制在許多復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中都取得了成功應(yīng)用。因此,對預(yù)測控制器的設(shè)計以及監(jiān)控的研究,對提升生產(chǎn)效益具有重要的理論和實際意義。
　　數(shù)據(jù)驅(qū)動的概念最早來源于計算機科學(xué)領(lǐng)域,近些年被應(yīng)用到控制領(lǐng)域。在生產(chǎn)數(shù)據(jù)大量積累的今天,如何充分利用數(shù)據(jù)中包含的巨大信息,解決工業(yè)過程難以機理建模的困難并實施控制器性能監(jiān)

2、控以保證過程平穩(wěn)運行,是研究數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的意義所在。本文從數(shù)據(jù)驅(qū)動的角度出發(fā),研究了預(yù)測控制器設(shè)計及監(jiān)控的方法,以期所提出的方法能夠改善預(yù)測控制器的設(shè)計并提高預(yù)測控制器性能監(jiān)控的效果。
　　本文首先介紹了數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的研究背景以及意義,并分別對國內(nèi)外關(guān)于數(shù)據(jù)驅(qū)動的控制方法以及數(shù)據(jù)驅(qū)動的性能監(jiān)控方法進行了綜述。在此基礎(chǔ)上,研究內(nèi)容分為三個部分:數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測控制器設(shè)計,數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測控制器性能評估和數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測控制器性能診斷。

3、r>　　針對數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測控制器設(shè)計部分,介紹了子空間辨識算法的框架與兩種常見的基于子空間辨識的預(yù)測控制器設(shè)計方法。并搭建了寧波東大的實驗平臺,分別設(shè)計了單變量和多變量兩類實驗,驗證了所述的基于子空間辨識的預(yù)測控制器設(shè)計方法,為本文之后研究內(nèi)容,包括對預(yù)測控制器的性能評估與性能診斷的算法設(shè)計,提供了實驗驗證的環(huán)境。
　　針對數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測控制器性能評估部分,基于子空間辨識框架,提出了一種新的利用子空間矩陣的秩特性來對預(yù)測控制器進行

4、性能評估的方法。考慮到子空間矩陣反應(yīng)了系統(tǒng)實時的動態(tài)特性的變化,推導(dǎo)了子空間矩陣秩特性的性能指標(biāo),并通過Wood-Berry精餾塔模型的仿真,驗證了所提方法有效性;隨后基于歷史性能指標(biāo)的預(yù)測控制器性能評估方法,提出了一種新的算法用于歷史數(shù)據(jù)集的選取,克服了以往方法依賴于專家知識的局限,可在大范圍的I/O數(shù)據(jù)中,基于用戶不同的需求,選擇系統(tǒng)可達且最佳的歷史數(shù)據(jù)集,提高了評估指標(biāo)的靈敏度和準(zhǔn)確性,在Wood-Berry精餾塔上的仿真驗證了本

5、文所提方法的有效性。
　　針對數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測控制器性能診斷部分,提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MPC性能診斷方法。首先分析了可能導(dǎo)致預(yù)測控制器性能下降的四種常見故障,分別為模型失配、噪聲失配、輸入及輸出變量的約束飽和。選取過程回路中的過程變量作為分類特征(即分類器的輸入),利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)離線訓(xùn)練分類器,用于四類性能模式的診斷與判別,并通過寧波東大實驗平臺上的實驗驗證了所提方法的有效性;隨后考慮到在實際生產(chǎn)中, MPC性能的變化可能不僅僅是