预测控制中动态矩阵(DMC)算法研究及仿真.doc

预测控制中动态矩阵( DMC ) 算法研究及仿真摘要: 预测控制是近年来发展起来的一类新型计算机控制算法。由于预测控制具有多步预测、滚动优化和反馈校正的功能, 所以控制效果比较好,鲁棒性也很强,对于一些不易建立精确的数学模型并且比较复杂的工业生产过程来说,预测控制是一种比较好的控制方法。本文阐述了预测控制的基本原理和典型方法,并选取基于动态矩阵算法预测控制实例, 进行了 MATLAB 仿真,并对仿真结果进行分析研究。关键词: 预测控制,动态矩阵算法,模型 1 预测控制介绍 20 世纪 70 年代,在工控领域,预测控制作为一类新型计算机控制算法被工控工作者提出来。预测控制在全球化工、炼油等行业的数千个复杂装置中得到了成功的应用, 并且获得了巨大的经济效益, 它对复杂工业过程的优化控制产生了很大影响, 成为先进过程控制的代表, 是最受工控工作者青睐的先进控制算法。预测控制算法的应用已经扩展到了各种领域, 这是因为预测控制算法具有可以在不确定环境下进行优化控制的机理。在 20 世纪 90 年代之后, 预测控制在实践中得到了广泛的应用, 逐渐形成了以传统最优控制与预测控制的联系为基础的新型控制算法, 它在方法上具有创新性、理论上具有深刻性, 是充满活力与生机的新的学科分支。预测控制在国外的工业过程中得到了成功的应用, 在很大程度上鼓舞了我国工控工作者对于加快掌握和应用预测控制这种先进控制技术的信心。从 20 世纪 90 年代以来, 在国家科技攻关计划的支持下, 国内不少单位研发了具有自主知识产权的预测控制软件, 并将其应用在各类工业过程中, 获得了成功, 积累了丰富的经验。然而, 目前预测控制在我国应用的深度和广度和国外相比仍有很大差距, 因此, 进一步普及预测控制技术,特别是推广预测控制工业应用的经验,是推动预测控制在我国各行各业应用的当务之急。一般来说, 采样控制算法而非连续控制算法, 作为预测控制的表现形式, 这是因为计算机是预控制的实现手段。预测控制, 是指利用内部模型的输出或状态来进行预测, 与此同时, 采取反馈校正和有限时域滚动优化的思想, 对系统的某个性能指标进行最优计算, 并且依据这个最优化的计算结果来确定一个控制时域内最优的控制序列。 2 动态矩阵算法( DMC ) 算法预测控制算法是一种计算机优化控制算法, 它是基于预测模型来对系统未来输出进行预测的, 结合闭环反馈校正滚动实施优化控制。以预测控制的基本原理为基础, 对于同一个系统, 可以得到不同的预测控制算法, 这是通过采用不同的优化策略、模型形式和校正措施实现的。最为常用的三种控制算法分别是动态矩阵控制(DMC) 、广义预测控制(GPC) 和模型算法控制(MAC) ,本文主要讲述 DMC 算法。动态矩阵算法( DMC ) 采用了增量算法, 是基于系统阶跃响应的算法, 在控制中包含了数字积分环节, 对消除系统静差非常有效, 这是 DMC 算法的显著优越之处。 DMC 对于弱非线性系统, 可先对工作点进行线性化处理,然后按照线性系统的方法进行控制; DMC 通常适用于渐近稳定的线性对象,面对不稳定装置的时候,一般可先用常规 PID 控制使其稳定,然后再使用 DMC 算法。 3 动态矩阵算法( DMC )仿真实例例1 最小相位对象] ) ][(s ) [(s 861