階梯式預測控制器的參數(shù)整定研究.pdf

1、預測控制技術產(chǎn)生于二十世紀七十年代，在工業(yè)控制中獲得了大量成功的應用，受到控制界和工業(yè)界的廣泛關注。在過去近三十年里，預測控制無論是在理論研究還是工業(yè)應用中都取得了很大的進展。線性預測控制的理論已經(jīng)比較成熟，非線性預測控制的理論研究也取得了一定的成果。預測控制的應用領域不斷擴大，并且應用數(shù)量和被控對象的規(guī)模都持續(xù)增長。預測控制被譽為最有前途的先進控制算法，其應用前景是樂觀的。 參數(shù)整定是控制器設計中的重要環(huán)節(jié)，控制效果與控制器參

2、數(shù)有直接關系。但是預測控制的結構復雜，參數(shù)對閉環(huán)穩(wěn)定性和閉環(huán)性能的影響不明確，參數(shù)整定缺乏透明性，并且待整定的參數(shù)比較多，參數(shù)之間有相互影響，這些都使得控制器的參數(shù)整定非常困難。參數(shù)整定的困難，限制了預測控制所能夠獲得的性能，甚至在模型匹配的情況下都很難調整參數(shù)使閉環(huán)穩(wěn)定。為了使控制器能達到最佳控制效果，研究預測控制器參數(shù)之間的關系以及參數(shù)整定方法是非常必要的。 階梯式預測控制，在預測控制中引入合理的控制量約束，簡化了計算量，獲

3、得了許多成功的應用。本文針對階梯式動態(tài)矩陣控制，深入分析了參數(shù)變化對閉環(huán)性能的影響，以及參數(shù)之間的相互關系，并提出基于多目標優(yōu)化的預測控制器參數(shù)整定方法。本文的主要研究工作及創(chuàng)新之處包括： (1)將工業(yè)控制中常用的一階慣性加純滯后形式的對象模型，以采樣周期為單位進行了歸一化處理。深入分析了動態(tài)矩陣控制器和階梯式動態(tài)矩陣控制器參數(shù)變化對閉環(huán)性能的影響。由于階梯因子的作用，其余參數(shù)對于閉環(huán)性能的影響也發(fā)生了變化。 (2)研究

4、了控制權重與柔化因子之間的關系，建立的量化表達式將控制權重取值與閉環(huán)時間常數(shù)間接聯(lián)系起來，使控制權重值賦予了更直觀更明確的物理意義，并指出控制權重的取值與模型增益的關系。 (3)研究了控制權重的作用范圍與控制器參數(shù)之間的關系，在某些情況下控制權重的取值下限值很大且隨其余參數(shù)劇烈變化，可以僅用階梯因子對未來控制量進行限制，簡化算法。 (4)基于對參數(shù)優(yōu)劣的多目標評價，提出了基于多目標優(yōu)化的預測控制器參數(shù)整定方法，優(yōu)化所得的