非線性預測控制快速算法的研究與應用.pdf

1、基于線性模型的預測控制算法已廣泛應用于有約束多變量工業(yè)過程。然而，對于具有強非線性、擾動頻繁或工作點大范圍變化的系統(tǒng)，采用基于工作點附近線性化模型的預測控制常常無法滿足控制品質的要求。因此，研究非線性模型預測控制具有重要的理論及應用價值。 線性模型預測控制在每個采樣周期內求解二次規(guī)劃，一般可以得到解析解，并能保證在每個采樣周期內獲得全局最優(yōu)解。但非線性模型預測控制在每個采樣周期，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。并且即使狀態(tài)維數(shù)相對很小，在線計算量隨著決策變量的維數(shù)N<,p>×n<,u>呈指數(shù)增長，阻礙了非線性預測控制的實際應用。 本文著重研究非線性預測控制的快速算法，增強算法的實用性。主要工作及意義有以下幾個方面： 1)對非線性預測控制的理論研究現(xiàn)狀和工程研究現(xiàn)狀進行了簡要的綜述，分析了非線性預測控制算法的基本原理和特點，剖析了預測控制在線計算復雜性的原因，綜述了提高非線性預測控制優(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測控制算法，只需在線求解二次規(guī)劃，該算法結構簡單，具有解析解。在此基礎上又提出了基于擾動模型的一步快速非線性預測控制算法，當模型失配時進行仿真研究，獲得了滿意的控制效果。 3)為了避免通過梯度法進行優(yōu)化時常會產(chǎn)生局部收斂及對初值敏感的問題，將遺傳算法作為非線性預測控制中的優(yōu)化方法，提出了基于遺傳算法的有約束非線性預測控制算法。為了減小在線計算量，在此基礎上提出了改進

4、算法--次優(yōu)非線性預測控制算法，并能保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對強非線性系統(tǒng)連續(xù)攪拌釜式反應器進行仿真研究，仿真結果驗證了次優(yōu)非線性預測控制算法的有效性，與傳統(tǒng)非線性預測控制算法比較，驗證了該算法的優(yōu)越性。 4)將非線性預測控制和階梯控制相結合，提出了階梯式非線性預測控制算法，減少決策變量的自由度，提高了算法的在線優(yōu)化效率。針對連續(xù)攪拌釜式反應器的仿真研究表明，本算法具有良好的可行性和控制效果。 5)非線性預測控制算法都應