模型預測控制研究與應用.pdf

1、模型預測控制(ModelPredictiveControl，MPC)亦稱預測控制，是一種基于模型的先進控制技術(shù)，該算法直接產(chǎn)生于工業(yè)過程控制的實際應用，并在與工業(yè)應用的緊密結(jié)合中不斷完善和成熟。模型預測控制對模型精度要求不高，同時卻具有較高的控制性能。模型預測控制是一種十分有效的優(yōu)化控制策略，它彌補了現(xiàn)代控制理論解決復雜對象控制問題時無法避免的不足之處。近年來隨著智能控制、PID控制、小波理論、魯棒控制、混雜系統(tǒng)控制等理論研究領(lǐng)域的不斷

2、進步，預測控制理論得到了快速的完善和發(fā)展。 本文根據(jù)模型預測控制理論的研究現(xiàn)狀，以及實際工業(yè)過程控制應用中所面臨的對模型預測控制提出的新要求，主要針對當前模型預測控制理論面臨的若干亟待解決的問題進行了深入的研究和探討，并最終給出了相應的研究成果。 本文的主要研究工作概括如下：1、針對凸多面體不確定系統(tǒng)，給出基于LMI的帶有輸入輸出約束的魯棒模型狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計。首先在不考慮約束條件的情況下討論魯棒狀態(tài)反饋控制規(guī)律，進

3、而在輸入輸出約束影響下，通過求解線性不等式組，給出帶有魯棒約束的狀態(tài)反饋控制律，經(jīng)仿真驗證，具有良好的控制性能及魯棒性。 2、系統(tǒng)的不確定性和擾動更為一般地表現(xiàn)在系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)上。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化反饋不確定性部分，可以表達未知或未建模部分的非線性、動態(tài)或參數(shù)等因素。針對結(jié)構(gòu)化反饋不確定系統(tǒng)，給出了基于LMI的帶有輸入輸出約束的魯棒模型狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計。 3、狀態(tài)反饋控制有很多突出的優(yōu)點，但在許多實際問題中，系統(tǒng)的狀態(tài)不易

4、直接測得，從而使狀態(tài)反饋在物理實現(xiàn)上遇到困難，如何構(gòu)造系統(tǒng)的狀態(tài)估計器，用以代替實際系統(tǒng)的狀態(tài)進行反饋控制成為一個課題。本文針對凸多面體不確定系統(tǒng)設(shè)計了狀態(tài)觀測器，將系統(tǒng)模型的不確定性引起的誤差不確定部分考慮成擾動，而不是將其作為始終存在的恒定信號進行處理，減小了狀態(tài)估計器的模型失配，從而提高了反饋控制律性能。 4、給出了基于LMI的魯棒模型預測控制的滾動優(yōu)化可實現(xiàn)性和系統(tǒng)閉環(huán)魯棒漸進穩(wěn)定性的證明。 5、利用GPC并列預