非線性預(yù)測(cè)控制快速算法的研究與應(yīng)用.pdf

1、基于線性模型的預(yù)測(cè)控制算法已廣泛應(yīng)用于有約束多變量工業(yè)過程。然而，對(duì)于具有強(qiáng)非線性、擾動(dòng)頻繁或工作點(diǎn)大范圍變化的系統(tǒng)，采用基于工作點(diǎn)附近線性化模型的預(yù)測(cè)控制常常無法滿足控制品質(zhì)的要求。因此，研究非線性模型預(yù)測(cè)控制具有重要的理論及應(yīng)用價(jià)值。 線性模型預(yù)測(cè)控制在每個(gè)采樣周期內(nèi)求解二次規(guī)劃，一般可以得到解析解，并能保證在每個(gè)采樣周期內(nèi)獲得全局最優(yōu)解。但非線性模型預(yù)測(cè)控制在每個(gè)采樣周期，需要求解一般有約束非凸非線性優(yōu)化問題，難以給出解析

2、形式的控制律，不能保證全局最優(yōu)解。并且即使?fàn)顟B(tài)維數(shù)相對(duì)很小，在線計(jì)算量隨著決策變量的維數(shù)N<,p>×n<,u>呈指數(shù)增長(zhǎng)，阻礙了非線性預(yù)測(cè)控制的實(shí)際應(yīng)用。 本文著重研究非線性預(yù)測(cè)控制的快速算法，增強(qiáng)算法的實(shí)用性。主要工作及意義有以下幾個(gè)方面： 1)對(duì)非線性預(yù)測(cè)控制的理論研究現(xiàn)狀和工程研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要的綜述，分析了非線性預(yù)測(cè)控制算法的基本原理和特點(diǎn)，剖析了預(yù)測(cè)控制在線計(jì)算復(fù)雜性的原因，綜述了提高非線性預(yù)測(cè)控制優(yōu)化效率的研

3、究現(xiàn)狀。 2)基于仿射非線性系統(tǒng)，提出了一步快速非線性預(yù)測(cè)控制算法，只需在線求解二次規(guī)劃，該算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有解析解。在此基礎(chǔ)上又提出了基于擾動(dòng)模型的一步快速非線性預(yù)測(cè)控制算法，當(dāng)模型失配時(shí)進(jìn)行仿真研究，獲得了滿意的控制效果。 3)為了避免通過梯度法進(jìn)行優(yōu)化時(shí)常會(huì)產(chǎn)生局部收斂及對(duì)初值敏感的問題，將遺傳算法作為非線性預(yù)測(cè)控制中的優(yōu)化方法，提出了基于遺傳算法的有約束非線性預(yù)測(cè)控制算法。為了減小在線計(jì)算量，在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)

4、算法--次優(yōu)非線性預(yù)測(cè)控制算法，并能保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對(duì)強(qiáng)非線性系統(tǒng)連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證了次優(yōu)非線性預(yù)測(cè)控制算法的有效性，與傳統(tǒng)非線性預(yù)測(cè)控制算法比較，驗(yàn)證了該算法的優(yōu)越性。 4)將非線性預(yù)測(cè)控制和階梯控制相結(jié)合，提出了階梯式非線性預(yù)測(cè)控制算法，減少?zèng)Q策變量的自由度，提高了算法的在線優(yōu)化效率。針對(duì)連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的仿真研究表明，本算法具有良好的可行性和控制效果。 5)非線性預(yù)測(cè)控制算法都應(yīng)