【摘要】：工業(yè)生產(chǎn)中的大遲延對象往往存在著遲延大、慣性大、非線性強(qiáng)、模型參數(shù)不確定的特性,使用普通的PID控制器難以獲得令人滿意的控制品質(zhì)。在火電機(jī)組的發(fā)電過程中,這樣的情況更是普遍存在。動態(tài)矩陣預(yù)測控制算法具有算法簡單、易實(shí)現(xiàn)、控制器輸出響應(yīng)及時(shí)迅速、算法魯棒性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、對模型的精確度要求低、綜合控制質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn),因此本文采用動態(tài)矩陣預(yù)測控制算法設(shè)計(jì)針對大遲延對象的控制器。為了使預(yù)測控制算法能在硬件資源有限的設(shè)備上實(shí)現(xiàn),本文采用集結(jié)策略對動態(tài)矩陣預(yù)測控制算法進(jìn)行算法簡化,并理論推導(dǎo)出新的預(yù)測模型、動態(tài)矩陣以及無約束控制律,并在MATLAB上進(jìn)行仿真驗(yàn)證。本文還針對實(shí)際的熱工控制過程,結(jié)合執(zhí)行器的輸出約束,進(jìn)一步考慮動態(tài)矩陣預(yù)測控制算法的輸出約束。論文根據(jù)采用集結(jié)策略降維簡化后的動態(tài)矩陣預(yù)測控制算法,理論推導(dǎo)出預(yù)測控制器的輸出約束,并分別采用黃金分割法和改進(jìn)粒子群算法,在輸出約束區(qū)間內(nèi)求解最優(yōu)控制量。為了使算法的研究成果更具有工程應(yīng)用價(jià)值,本文使用典型的實(shí)際熱工對象建立了一套預(yù)測控制物理實(shí)驗(yàn)平臺,并在該平臺上對本文所設(shè)計(jì)的有約束預(yù)測控制算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后,本文結(jié)合華電某發(fā)電廠鍋爐脫硝控制策略改造項(xiàng)目,并根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了一套有約束前饋預(yù)測控制算法,并使用西門子S7-200 PLC實(shí)現(xiàn)算法的功能。根據(jù)現(xiàn)場的運(yùn)行情況,該前饋預(yù)測控制算法能夠有效地克服脫硝過程的大遲延、非線性,取得了令人滿意的控制效果。
【圖文】：

例如采用仿真機(jī)、MATLAB、PSCAD、Digsilent 等仿真軟件雖然可以方便地建立研究所需的被控對象，但也存在一些問題：第立的模型一般是單一參數(shù)下理想化的線性化模型，而實(shí)際的模型往往并且其狀態(tài)一直受到外界環(huán)境對它的影響，因此其模型參數(shù)是不固真軟件中的執(zhí)行器也是較為理想化的：動作迅速、無死區(qū)（或僅有一般都是線性化的，而實(shí)際的執(zhí)行器是有動作時(shí)間的，且輸出帶有更關(guān)鍵的是實(shí)際的執(zhí)行器具有傳動死區(qū)，即執(zhí)行器反向動作時(shí)會有一響應(yīng)區(qū)間，這個(gè)是大部分的仿真軟件所沒有考慮到的。此，為了使研究的成果能更快地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，本文以 MAT軟件，實(shí)際的雙容水箱作為被控對象，建立了一套預(yù)測控制實(shí)驗(yàn)平仿真建模的誤差對研究結(jié)果的影響，提高了成果的實(shí)用價(jià)值。驗(yàn)平臺簡介文所建立的預(yù)測控制實(shí)驗(yàn)平臺，其主要由三大部分組成：操作員站YC-SX 多變量過程控制實(shí)驗(yàn)平臺（建模平臺）。其總體結(jié)構(gòu)如圖 5-1

圖 5-3 人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)的人機(jī)操作界面整體分為五個(gè)部分：分位于界面左側(cè)上半部分，其用于輸入整個(gè)控制系統(tǒng)的給定參數(shù)：建模時(shí)域 N、優(yōu)化時(shí)域 P、控制時(shí)域 M、誤差跟蹤權(quán)系數(shù) r、誤差校正權(quán)系數(shù) h。分位于界面左側(cè)下半部分，其用于輸入預(yù)測模型的各項(xiàng)參數(shù)數(shù) T、純遲延 τ、模型的仿真步距 dt。其中，，當(dāng)模型的傳遞函，輸入的各時(shí)間常數(shù)需用“回車鍵”隔開。分和第二部分中的所有參數(shù)都可以在線更改，方便預(yù)測控制模型不精確或者模型變化實(shí)驗(yàn)。分位于界面右上角，其包含“手動”、“自動”、“停止”、“手手動輸出”鍵用于控制器在手動狀態(tài)下時(shí)手動設(shè)定控制器的鍵分別是用于設(shè)定控制器的運(yùn)行狀態(tài)：手動狀態(tài)、自動狀態(tài)、分位于界面右側(cè)的中間，其功能是選擇預(yù)測控制算法的類型算法可以選擇：無約束動態(tài)矩陣控制算法、基于集結(jié)算法的
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2554104