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1、杭州电子科技大学 硕士学位论文 广义预测控制算法及wiener模型研究与仿真 姓名：孔波 申请学位级别：硕士 专业： 指导教师：尚群立 20091201 杭州电子科技大学硕士论文 I 摘 要 七十年代兴起的预测控制算法，经历了近三十年的发展后，不仅在理论上取 得了突飞猛进的进展，而且在实际应用中也取得了良好效果，其强大的生命力受 到控制界的极大关注，已经成为过程控制的典范。 广义预测控制(Generalized Predictive Control)是 1987 年提出的一种新型计算 机控制方法，是预测控制中典型的控制算法之一。从一出现开始就受到了控制界 的极大关注，成为研究领域最具发展潜力预
2、测控制算法。但由于其矩阵的计算量 大， 特别是多变量系统， 计算量更大， 并且无法兼顾跟踪的快速性和超调， 因此， 很不适合工业过程中一些要求快速性高，实时性强的系统。因此改进广义预测控 制算法成为热点课题。 本文主要的研究内容如下： 1、针对基本的广义预测控制算法计算量大，且不能兼顾快速性和超调，结合许 多学者在这方面的文献，研究了一种的广义预测控制快速算法。 2、鉴于广义预测控制跟踪速度慢，运用预测函数中的参考轨迹，并对轨迹中的 参数进行拟合，提出了一种参考轨迹自校正的广义预测控制策略。 3、研究了一种基于 wiener 模型非线性广义预测控制算法。主要研究了一种基于 两步法的滚动优化策略
3、，对于不能求得实根的非线性偶次方程，提出了一种新的 近似方法。 本文取得的成果如下： 1、研究的广义预测控制快速算法，大大减小了算法的计算量，并能很好的兼顾 超调和快速性，给后面的研究学者做了很好的理论准备。 2、提出的参考轨迹自校正策略使系统响应能够沿着期望的轨迹前进，并在指定 的时间到达期望的设定值。 3、提出的新的近似方法解决了非线性偶次方程不能求得实根的问题，该方法已 经能很好的接近直接求法的控制效果。 关键词：广义预测控制，参考轨迹，自校正，wiener模型 杭州电子科技大学硕士论文 II ABSTRACT Predictive control algorithm appeared
4、in the mid-70s, after near 30 years development, not only has made great progress in theoretically, but also obtained good results in the practical application, its formidable vitality has received enormous attention by control field, it already became the model of the process control. The generaliz
5、ed predictive control is one new computer control method produced in 80s, is one of the most representative algorithms in the predictive control. The algorithm has received attention by the domestic and foreign control theorists and the industrial world as soon as it appears, and became the most act
6、ive kind of predictive control algorithm in the research area. But because its big calculation amount, especially in the many-variable system, and can not give consideration to both rapidity and over modulation, so the algorithm does not suit for system which is strong real time or request request h
7、igh rapidity. Therefore improve generalized predictive control algorithm becomes the hot spot topic. The main research content of this article are as follows: (1) Aiming at solving the problem of big calculation amount of generalized predictive control (GPC) algorithm itself and can not give conside
8、ration to both rapidity and over modulation, proposed one kind of improved generalized predictive control algorithm. (2) In view of the fact that the track speed of generalized predictive control track speed is slow, introduced a reference trajectory self calibration generalized predictive control s
9、trategy. (3) Proposed one kind of nonlinear generalized predictive control algorithm based on the wiener model. Mainly studied a strategy based on two step trundle optimization, this strategy decomposed the nonlinear forecasting problem to dynamic optimized question for the linear model and the stat
10、ic state root question of nonlinear model, Proposed one new approximate method to inferior equation which cannot obtain the real roots occasionally. The article obtains the achievement are as follows: (1) The fast generalized predictive control algorithm had reduced the algorithm calculation amount
11、greatly, can give consideration to both rapidity and over modulation, make the very good theory preparation for the following research scholar. (2) The reference trajectory self calibration generalized predictive control strategy can make the system response walk along to the expectation path we pla
12、ned, and arrive at the setting value in assigned time. (3) The new approximate method proposed solved the question of the occasionally inferior equation which not able to obtain the real roots, this method already could close strive for the control effect of directly method. Keywords: Generalized pr
13、edictive control, Reference trajectory, Self calibration, Wiener model 杭州电子科技大学杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品或成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日
14、 学位论文使用授权说明学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。 本人保证 毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大 学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文 的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 （保密 论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 杭州电子科技大学硕士论文 1 第 1 章 绪论 1.1 预测控制的产生与发展概况 1.1.1 预测控制的产
15、生背景 1978 年 Richalet 首次提出预测控制思想，从此现代控制理论出现了崭新的局 面。控制理论的快速起步使得人们能够更加清楚的认识了控制系统，为控制工程 师在系统控制的研究提供了有效的解决方案。但是现代控制理论在过程控制工业 上的应用并不能如同在航天上和武器系统那样达到预期的效果。这主要原因在于 随着科技的迅猛发展，工程师们对不稳定性的难控制的控制系统的的要求不断提 高，限制了控制理论在工业上的应用，我们可以归纳为以下几个方面： (1) 现代控制理论的基础是建立对象的精确的控制模型，然而不尽如人意的是， 在过程工业环境中，我们往往不能充分了解系统的结构，这样精确的模型就不易 建立，
16、 即使我们建立起了被控对象的模型， 因为结构复杂而难以实施有效的控制。 (2) 工业控制过程的是千变万化的，我们不能用一个不变的模型去辨识所有的控 制过程，即使是一个工业过程，也因为生产环境的改变和外来扰动的影响给系统 带来很大的不确定性，这使得我们不能通过现有的经验模型来控制我们的工业过 程。这使得按理想模型得到的最优控制失去了最优性并且控制品质也随着下降。 (3) 70 年代是时候， 计算机技术相对落后， 虽然已经装入计算系统， 但成本较高， 使得计算机在控制中的应用不能普及，仍以常规控制仪表为主。因此，硬件上的 限制阻碍了控制理论的应用。 因此，为了使理论更好的应用到实际过程中，除了在工业过程建模、系统辨 识、自适应控制、鲁棒控制等多做研究外，科学家们开始打破传统控制思想的束 缚，试图寻找各种对模型要求低、控制品质好、在线计算方便的控制算法和策略。 而且随着计算机技术的飞速发展，使得快速、大容量、低成本的计算机越来越普 及，这就解决了控制理论实施时硬件条件限制的问题，预测控制就是在这种情况 下发展起
