基于半實(shí)物仿真技術(shù)的模型預(yù)測(cè)控制研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、伴隨著流程工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)復(fù)雜程度的不斷提升，生產(chǎn)質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境安全等問(wèn)題的引入，模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)的提出與發(fā)展為解決此類復(fù)雜控制問(wèn)題提供了幫助。模型預(yù)測(cè)控制對(duì)模型要求低，結(jié)合反饋校正方式在有限時(shí)域內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化，從而取代傳統(tǒng)的最優(yōu)控制。對(duì)于模型預(yù)測(cè)控制的研究工作可借助計(jì)算機(jī)仿真手段了解控制效果，但脫離了實(shí)際工業(yè)環(huán)境，為控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)用帶來(lái)阻礙。另一方面，模型預(yù)測(cè)控制策略通常需借助于集散控制系統(tǒng)，但考慮到企業(yè)經(jīng)濟(jì)性、安全性等多方面問(wèn)題，

2、模型預(yù)測(cè)控制策略的設(shè)計(jì)、分析等需大量的前期仿真驗(yàn)證與測(cè)試工作。此外，動(dòng)態(tài)矩陣控制被過(guò)程工業(yè)廣泛應(yīng)用，面對(duì)不可測(cè)擾動(dòng)，其采用反饋校正方式，利用輸出階躍擾動(dòng)修正預(yù)測(cè)模型以此解決擾動(dòng)抑制問(wèn)題，缺乏對(duì)擾動(dòng)的預(yù)測(cè)能力，并針對(duì)其他環(huán)節(jié)的擾動(dòng)以及帶有噪聲的情況下，無(wú)法快速、有效的抑制。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，本文主要利用半實(shí)物仿真技術(shù)進(jìn)行模型預(yù)測(cè)控制研究以及采用卡爾曼濾波器結(jié)合模型預(yù)測(cè)控制用于提高擾動(dòng)抑制能力，其主要研究工作如下:
　　采用真實(shí)的硬

3、件控制器與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建集散控制系統(tǒng)，以甲醇生產(chǎn)工藝開發(fā)出計(jì)算機(jī)仿真模型作為被控系統(tǒng)，構(gòu)建了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化半實(shí)物仿真系統(tǒng)。針對(duì)單變量與多變量控制系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)態(tài)矩陣控制算法詳細(xì)分析，以單容水箱與精餾塔為典型單元進(jìn)行前期仿真分析了解控制效果。利用仿真分析結(jié)果，借助半實(shí)物仿真系統(tǒng)硬件控制器，結(jié)合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)采集計(jì)算機(jī)仿真模型中的過(guò)程數(shù)據(jù)，以此用于動(dòng)態(tài)矩陣控制器的設(shè)計(jì)。在半實(shí)物仿真環(huán)境下，將動(dòng)態(tài)矩陣控制器應(yīng)用于計(jì)算機(jī)仿真模型中的流量控制

4、單元與精餾塔控制單元，最大程度的模擬了模型預(yù)測(cè)控制的實(shí)際控制效果，充分驗(yàn)證在半實(shí)物仿真環(huán)境下模型預(yù)測(cè)控制研究與應(yīng)用的可行性。
　　為解決傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制在擾動(dòng)抑制方面的局限性，提出以狀態(tài)空間模型描述被控對(duì)象，采用以狀態(tài)空間模型對(duì)被控系統(tǒng)未來(lái)有限時(shí)域進(jìn)行預(yù)測(cè)。將擾動(dòng)模型增廣為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，利用卡爾曼濾波器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量有效估計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)增廣狀態(tài)變量進(jìn)行估計(jì)。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)被控系統(tǒng)擾動(dòng)特性的預(yù)測(cè)能力，充分考慮了由于擾動(dòng)作用對(duì)被控系統(tǒng)的