具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的分布式系統(tǒng)優(yōu)化控制與目標(biāo)協(xié)調(diào).pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制與優(yōu)化目標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求,除了對(duì)單個(gè)生產(chǎn)裝置或局部子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制外,追求整個(gè)系統(tǒng)的全局優(yōu)化已是提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的關(guān)鍵.在復(fù)雜大工業(yè)過(guò)程中普遍存在的具有多級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng),由于其特殊的控制結(jié)構(gòu),不能簡(jiǎn)單地用多變量系統(tǒng)的建模與控制方法來(lái)進(jìn)行,最終控制目標(biāo)與各個(gè)局部子系統(tǒng)的設(shè)定值之間的關(guān)系一般是復(fù)雜非線性的,這類系統(tǒng)的控制問(wèn)題包含很多非線性因素和邊界條件的頻繁變化,又存在著諸多干擾與各種不

2、確定性因素,難以應(yīng)用傳統(tǒng)的基于模型的控制和優(yōu)化理論,同時(shí)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)更多地采用分布式控制結(jié)構(gòu)和信息結(jié)構(gòu),這些都給這類問(wèn)題的控制與優(yōu)化帶來(lái)了挑戰(zhàn).針對(duì)上述問(wèn)題,本論文主要研究了具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的分布式系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制與目標(biāo)協(xié)調(diào)問(wèn)題,主要工作包括以下幾個(gè)方面: ·利用Backstepping方法結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn),針對(duì)多輸入多輸出(MIMO)過(guò)程設(shè)計(jì)了分散PID控制器,通過(guò)小增益定理分別得到了兩輸入兩輸出(TITO)過(guò)程和MIMO過(guò)程

3、閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件,對(duì)Shell標(biāo)準(zhǔn)控制問(wèn)題的仿真研究驗(yàn)證了該方法的有效性,并在液位過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性.針對(duì)一類多輸入非線性串聯(lián)系統(tǒng),基于Backstepping方法,結(jié)合狀態(tài)關(guān)聯(lián)代數(shù)Riccati方程(State-DependentAlgebmic RiccatiEquation,簡(jiǎn)稱SDARE)技術(shù),設(shè)計(jì)了一種分布式的反饋控制律,不但可在線求得最優(yōu)控制律的解析解,而且使原系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定,同時(shí)證

4、明了當(dāng)t<,f>=∞時(shí),設(shè)計(jì)的反饋控制律也是整體性能指標(biāo)的最優(yōu)控制律.·針對(duì)非線性串聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制問(wèn)題,提出了基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化與參數(shù)估計(jì)集成(Dynamic Integrated System Optimization and Parameter Estimation,簡(jiǎn)稱DISOPE)方法的分布式預(yù)測(cè)控制算法,分析了算法的收斂性,證明了在滿足某些假設(shè)條件下迭代收斂解滿足原非線性優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)性必要條件,以燃油電力單元機(jī)組系統(tǒng)為對(duì)

5、象對(duì)控制算法進(jìn)行了仿真研究,驗(yàn)證了所提出方法的有效性. ·針對(duì)在網(wǎng)絡(luò)信息模式下的串聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng),在基于Nash最優(yōu)分布式預(yù)測(cè)控制的研究基礎(chǔ)上,改進(jìn)了優(yōu)化性能指標(biāo)的選取,提出了一種基于鄰域優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測(cè)控制策略,給出一個(gè)迭代的網(wǎng)絡(luò)化MPC算法,分析了無(wú)約束算法的收斂性和標(biāo)稱閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,證明了當(dāng)?shù)諗織l件成立時(shí),求解局部?jī)?yōu)化問(wèn)題獲得的局部控制律收斂到整個(gè)優(yōu)化問(wèn)題的全局最優(yōu)解.為了進(jìn)一步降低在線求解的計(jì)算量和通信代價(jià),又提出

6、了具有一步時(shí)延通信的網(wǎng)絡(luò)化MPC算法,分析了標(biāo)稱閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.步進(jìn)式加熱爐爐溫控制問(wèn)題的仿真研究結(jié)果表明了提出方法的有效性.·研究了串聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的子目標(biāo)魯棒實(shí)時(shí)優(yōu)化控制問(wèn)題,其上層是一個(gè)基于產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)化模型國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):60474051)和國(guó)家教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):20020248028). 的全過(guò)程優(yōu)化器,根據(jù)最終產(chǎn)品質(zhì)量和性能指標(biāo)的要求,動(dòng)態(tài)調(diào)整各子過(guò)程控制器的最優(yōu)設(shè)定