对角CARIMA模型抗扰约束广义预测控制

针对存在输入和输入增量约束的多变量系统,提出了一种基于变权重的对角CARIMA模型抗扰动约束广义预测控制算法。根据对角CARIMA模型中的A和C矩阵为对角形式的特点,将多输入多输出系统分解为多个多输入单输出系统进行预测和控制,简化了控制器的设计,降低了变量之间的耦合性。根据模型预测值与参考轨迹之间的偏差实时调整目标函数中各输出跟踪误差的权重,达到抑制由耦合而造成回路之间扰动的目的。权重调整的基本原则是,每个输出的预测值跟踪参考轨迹的权重由其他输出在同时刻偏离其参考轨迹的误差平方加权和构成。当某个输出偏离其目标值时,其他输出的控制作用相对增强,避免输出之间的相互扰动,达到抑制扰动的目的。同时,分析了系统输入和输入增量约束的表达形式。利用多变量广义预测控制（MGPC）以及提出的扰动抑制方法,分别对Shell重油分馏问题进行了仿真实验,仿真结果验证了算法的有效性。     

工业串联系统的多约束广义预测控制

针对由一系列环节串联而成且存在多种约束的复杂工业对象,利用过程的中间变量进行预测和反馈,在充分考虑控制量幅值约束、控制增量幅值约束、中间变量幅值约束、输出误差约束以及最终输出幅值约束共同构成的多约束情况下,提出了工业串联系统的多约束广义预测控制算法。仿真结果验证了该算法对多约束串联系统的有效性和较强的鲁棒性。     

线性规划实现动态优化的模型预测控制策略

为减小模型预测控制算法中动态优化部分的计算复杂度,提出了用线性规划而非二次规划解决模型预测控制动态优化方法。对单输入单输出和多输入多输出模型预测控制的情形,以控制增量、输出增量和偏移变量作为优化变量,建立线性等式约束和不等式约束,并引入线性目标函数,形成线性规划问题。通过加入多种软约束,可改善动态过程的性能指标,达到平稳控制的目的。最后通过一个实例验证了方法的有效性。     

快速增量约束预测控制及在GLCC液位控制中的应用

针对气-液柱状旋流式(GLCC)多相流量计的液位控制问题,提出一种增量多变量模型预测控制(MPC)算法。采用控制增量状态空间模型和阶梯式控制策略,建立约束多变量MPC优化控制问题。为在线计算约束优化问题,引入坐标轮换法和黄金分割法,在线计算控制变量增量值,进而得到预测控制量。最后,以GLCC多相流量计的两输入单输出液位控制模型为例,仿真验证本文算法的有效性。     

基于滑模的多变量广义预测解耦控制

针对多变量控制系统的耦合问题,将广义预测控制和滑模控制结合起来,提出一种基于滑模的多变量广义预测解耦控制方法.首先把m个输入n个输出的多变量耦合系统分解成m个输入单个输出子系统,再通过对子系统输出预测得到滑模切换函数值,求解开环优化求得控制律,最后通过仿真实验表明,该控制方法对多变量耦合系统的控制是正确有效的.     

基于加权偏离度统计方法的预测控制性能评估算法

针对带区域约束条件的预测控制系统性能评估问题,在考虑过程输出变量约束类型的基础上,提出了基于加权偏离度统计方法的控制性能评估算法。该方法依据控制要求的不同,将输出变量分为质量变量和约束变量,并结合工程经验合理选择变量的权重。基于系统闭环运行数据和约束设置,通过计算变量的加权偏离度得到控制系统的性能评估指标,从而为预测控制器的参数调整和性能提升提供了决策依据。系统仿真实例和工程应用证明了该评估算法对区域预测控制系统性能评估的有效性。     

基于广义预测控制的间歇生产迭代优化控制

针对间歇生产,提出了一种基于广义预测控制的批次迭代优化控制策略--BGPC,在间歇过程中引入批次间优化的思想,将迭代学习控制ILC和广义预测控制GPC相结合,在GPC实时结构参数辨识的基础上利用前面批次的模型预测误差修正当前批次的模型预测值.该算法能够有效地克服模型失配、扰动和系统参数变化等情况.文章最后以一个数值例子和间歇反应器为对象进行仿真试验,验证了该算法是有效的.     

过程预测控制中约束可行性研究与在线调整

化工过程控制中,普遍存在着各种对输入和输出变量的约束条件。系统与约束之间的矛盾有可能造成约束预测控制的优化问题不可行,为生产带来负面影响。基于线性系统离散状态空间的动态模型,从凸多面体距离角度,对有约束预测控制的可行性分析和不可行时的约束处理问题进行讨论,提出在每步求解约束预测控制律之前进行必要的可行性分析和合理的约束调整的在线滚动算法,从而使约束条件在整个时域得到满足,并且保证系统的控制性能。通过CSTR模型的控制仿真实验证明了该算法的有效性。     

基于Matlab/Simulink的气体分离装置多变量预测控制

依据丙烯精馏塔的工艺流程,介绍丙烯精馏塔机理模型和辨识模型的构建方法,并通过系统辨识方法得到了被控对象的多输入多输出模型。介绍预测控制及其算法的基本原理,通过编写基于状态空间模型的单步预测控制算法,对丙烯精馏塔进行多变量预测控制仿真,比较了预测控制算法对可测干扰,不可测干扰的抑制作用。     

基于扰动观测器的模型预测控制在磨矿分级过程中的应用

磨矿分级过程（GCP）是冶金选矿行业的关键流程,其产品粒度指标必须严格控制,以保证精矿产品品位和金属回收率。GCP本质上是一个多变量强耦合过程,具有时滞和逆向特性,且存在强扰动。扰动的存在造成系统控制性能变差,甚至不稳定。以两输入两输出GCP为研究对象,提出了一种基于扰动观测器（DOB）的模型预测控制（MPC）复合控制方案DOB-MPC。仿真研究表明DOB-MPC不仅可以有效抑制GCP的外部扰动,而且可以抑制由模型失配和变量之间的耦合而导致的内部扰动;在获得良好的解耦控制能力的同时,取得了满意的抗扰动性能。     

基于期望响应的预测函数控制参考轨迹自校正方法

采用指数律参考轨迹的传统预测函数控制（PFC）,系统动态响应无法预先估计,不能直接按照指定的轨迹整定动态响应。本文提出了一种预测函数控制参考轨迹自校正策略。基于事先规定的期望响应,对指数律参考轨迹的衰减系数进行实时在线滚动优化,保证预测时域内的参考轨迹最大幅度地贴近期望轨迹,使得系统响应能够准确地跟踪期望轨迹,并在指定的时刻到达设定值,同时也保留了控制输出平滑的特性。仿真实验证实了该方法的有效性及其优点。     

多变量约束预测控制在常压塔系统中的应用

利用多变量系统能处理变量之间强耦合作用以及预测控制对模型要求不高的特点，将多变量约束预测控制应用于常压塔温度控制系统中，效果较好。     

P-隐式广义预测控制在球磨机制粉系统中的应用

球磨机制粉系统多变量、强耦合的特点使得传统的控制策略难以取得良好的控制效果。通过选择合适的权矩阵,预测控制可以实现间接解耦控制,但系统的跟踪性能将大大降低。提出了带比例调节器的隐式广义预测控制(P-隐式GPC)算法,将其他通道对当前通道的影响作为扰动,从而实现近似解耦。在目标函数中用控制量的增量代替控制量,使控制增量变化不至过于剧烈,新增加的比例调节器使设定值与实际值的偏差实时改变,增强了系统的跟踪性能。将该算法应用到球磨机制粉系统取得了良好的控制效果。     

渐变式椭球体区间预测控制

将经典跟踪型模型预测控制扩展为具有渐变式椭球体区间控制目标的区间模型预测控制。首先设计了一种映射方法,将椭球体控制目标转换为单位球体,并生成具有松弛性的开环渐变式椭球体目标序列。然后将经典模型预测控制的开环轨迹约束扩展为渐变式椭球体区间约束,使系统的闭环轨迹能够同时兼顾系统的性能与区间控制目标。最后利用重油初馏塔模型对所提控制算法进行数值模拟实验,证明了其可行性和有效性。     

加热炉炉温的模糊广义预测控制仿真研究

针对加热炉炉温的大惯性、大滞后及非线性等特点,提出一种基于T-S模糊模型的模糊广义预测控制策略。T-S模糊模型的前件和后件参数分别采用粒子群优化的模糊C-均值算法和递推最小二乘法辨识,根据输入变量更新模型隶属度并将T-S模糊模型等价转换为线性模型,以此作为预测模型应用于广义预测控制。仿真结果表明:该方法在不同工况下均具有较短的调节时间,在扰动作用下有很强的鲁棒性。     

复杂非线性系统的子系统分解方法

利用社区发现算法研究了一种复杂非线性化工系统的子系统分解方法,并进行了分布式模型预测控制设计。引入信息图论的节点表示系统的状态、输入和输出变量,构建非线性过程系统的加权有向图,节点通过加权边连接,加权反映了节点间连接的强度,因而能够同时反映系统内部的连通性和连接强度。利用社区结构发现算法将所有变量分成子系统的群组,使得每个组内的关联比不同组间的相互作用强,从而得到复杂化工过程系统的子系统分解。针对连续搅拌反应釜过程,实施子系统分解,并设计分布式模型预测控制算法,结果表明,所提出的子系统分解方法更能考虑子系统之间的连接权重,得到更有利于分布式模型预测控制的子系统划分,提升系统控制的性能。     

约束Hammerstein系统构造性预测控制及其在聚丙烯牌号切换控制中的应用

针对具有状态、输入和中间变量约束的连续时间Hammerstein系统,提出了一种多变量构造性模型预测控制策略。首先,基于Hammerstein系统的特殊结构,利用Raccati方程构造线性环节的控制Lyapunov函数,进而设计其一族可调控制律（即稳定控制类）。其次,对约束Hammerstein系统定义一个有限时域滚动优化控制问题,通过在线优化计算实际预测控制量。利用Lyapunov稳定性定理建立闭环系统渐近稳定的充分条件。最后,以工业聚丙烯装置牌号切换控制为例,仿真验证本文结果的有效性。     

螺杆挤出机变结构预测温度控制的设计

采用变结构预测控制 ,用参数辨识器和状态预估器来克服系统所存在的热惯性和热滞后 ,对于耦和性及不确定因素 ,视为干扰因素。将多变量系统作为多个单输入单输出系统的组合 ,从而对每个单输入单输出子系统进行独立控制。提高了系统的稳定性和快速调整性能 ,也提高了系统的可靠性。在温度设定为 2 90℃时 ,螺杆挤压机常温以 5 0℃ h的速度升温到设定温度并且稳定在±0 .5℃范围内 ,超调量很小。有干扰时 ,只要温度偏离设定点就能迅速恢复     

鲁棒模型预测控制系统的评估基准

在控制系统的性能评估中,基准的设计是个重要问题。将基本设计极限理论推广到模型预测控制系统(MPC),建立性能评估基准。直接考虑多输入多输出系统的频域扰动,建立输出反馈鲁棒模型预测控制器。此控制器仅仅依赖于过程参数,也是令闭环系统达到控制性能极限的基准控制器。建立了用于评估的性能指标,提出基于此基准的性能评估程序,用以评价其他模型预测控制系统的性能。数学算例证实了这一评估程序的有效性。     

约束控制偏差处理及其在精馏塔预测控制中的应用

针对约束控制中输出偏差处理方法，一改过去约束区间内输出偏差为0、区间外为e=yap-y的简单处理方法，提出的新方法可以避免在约束边界上跳变（偏差函数连续）、保证测量值尽量往中心给定值靠近。所提偏差处理方法用于精馏塔多变量预测控制的仿真实验，显示出该方法的重要性和对控制结果的影响。输出偏差处理方法已成功应用于乙烯精馏塔多变量预测控制的工程实践中。