畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-預(yù)測(cè)控制動(dòng)態(tài)矩陣dmc算法研究及仿真(編輯修改稿)
2025-09-03 11:11 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 化工中的催化裂化、常減壓、連續(xù)重整、延遲焦化、加氫裂化等許多重要裝置。美國(guó)DMC公司的DMC控制軟件包其主要特征是:(1)采用線性階躍響應(yīng)模型。(2)具有完善的多變量動(dòng)態(tài)過程模型辨識(shí)軟件(DMI),D MI動(dòng)態(tài)矩陣辨識(shí)軟件可用于高達(dá)60個(gè)獨(dú)立變量、120個(gè)被控變量的復(fù)雜相關(guān)多變量系統(tǒng)。DMI可剔除諸如分析裝置失靈所引起的不完整數(shù)據(jù)，并把分段有效的數(shù)據(jù)有機(jī)地組合在一起綜合辨識(shí)多變量動(dòng)態(tài)模型。(3)DMC控制軟件包中的DMC控制器主要由預(yù)測(cè)模塊、線性規(guī)劃(約束處理和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)優(yōu)化)模塊以及最優(yōu)控制作用計(jì)算模塊組成。DMC還具有動(dòng)態(tài)加權(quán)和在線整定功能。美國(guó) AspenTech公司結(jié)合DMC公司的多變量控制技術(shù)和Setpoint公司的SMCA技術(shù)推出了DMCplus控制軟件包。DMCplus控制軟件包內(nèi)核與DMC一樣，可以處理大規(guī)模工業(yè)過程對(duì)象，提高其經(jīng)濟(jì)效益。它可以準(zhǔn)確地辨識(shí)過程模型，并控制對(duì)象到最優(yōu)操作點(diǎn)上。從而獲得最大的產(chǎn)量，最大的轉(zhuǎn)化率以及最小的能耗。Honeywell profimatics公司的RMPCT。它包括辨識(shí)、控制器和PC仿真器等。用于變量間禍合嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)變化、約束較多、滯后大、非最小相位系統(tǒng)等多種情況下多變量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，可將整個(gè)過程控制在允許的約束限內(nèi)。并將過程推向其經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)點(diǎn)。RMPCT軟件由以下六個(gè)部分組成:數(shù)據(jù)采集器:采集指定的操縱變量、控制變量、干擾量并把它們儲(chǔ)存在一個(gè)文件中。模型辨識(shí)器:利用數(shù)據(jù)采集器產(chǎn)生的文件(或其他格式的數(shù)據(jù))來(lái)辨識(shí)過程模型。控制器建立器:利用過程模型建立控制器。仿真設(shè)施 :根據(jù)指定的仿真方案在仿真過程上運(yùn)行控制器:在線控制器:控制一個(gè)真實(shí)過程或仿真過程。在線過程仿真器:利用傳遞函數(shù)表示的子模型來(lái)模擬一個(gè)真實(shí)過程，此仿真模型可掛在控制器上并把它當(dāng)作真實(shí)過程，不管被控制的是一個(gè)真實(shí)過程或仿真過程，操作員使用的是同一界面。第二章．動(dòng)態(tài)矩陣控制DMC算法分為三部分:預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正。在DMC算法中，首先需要測(cè)定對(duì)象單位階躍響應(yīng)的采樣值,i=1,2,……。其中，T為采樣周期。對(duì)于漸進(jìn)穩(wěn)定的對(duì)象，階躍響應(yīng)在某一，后將趨于平穩(wěn)，以至(iN)與的誤差和量化誤差及測(cè)量誤差有相同的數(shù)量級(jí)，因而可認(rèn)為，已近似等于階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值。這樣，對(duì)象的動(dòng)態(tài)信息就可以近似用有限集合加以描述。這個(gè)集合的參數(shù)構(gòu)成了DMC的模型參數(shù)，向量a=稱為模型向量，N稱為模型時(shí)域長(zhǎng)度。雖然階躍響應(yīng)是一種非參數(shù)模型，但由于線性系統(tǒng)具有比例和疊加性質(zhì)，故利用這組模型參數(shù)，已足以預(yù)測(cè)在任意輸入作用下系統(tǒng)在未來(lái)時(shí)刻的輸出值。在t=kT時(shí)刻，假如控制量不再變化時(shí)系統(tǒng)在未來(lái)N個(gè)時(shí)刻的輸出值為,那么，在控制增量作用后系統(tǒng)的輸出可由 （21）預(yù)測(cè)，其中表示在t=kT時(shí)刻預(yù)測(cè)的尚無(wú)作用時(shí)未來(lái)N個(gè)時(shí)刻的系統(tǒng)輸出。表示在t=kT時(shí)刻預(yù)測(cè)的有控制增量作用時(shí)未來(lái)N個(gè)時(shí)刻的系統(tǒng)輸出。為階躍響應(yīng)模型向量，其元素為描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的N個(gè)階躍響應(yīng)系數(shù)。式中，上標(biāo)~表示預(yù)測(cè)，表示在t=kT時(shí)刻預(yù)測(cè)t=(k+i)T時(shí)刻。同樣，如果考慮到現(xiàn)在和未來(lái)M個(gè)時(shí)刻控制增量的變化，在t=kT時(shí)刻預(yù)測(cè)在控制增量,?,作用下系統(tǒng)在未來(lái)P個(gè)時(shí)刻的輸出為 （22）式中為t=kT時(shí)刻預(yù)測(cè)的無(wú)控制增量時(shí)未來(lái)P個(gè)時(shí)刻的系統(tǒng)輸出。為t=kT時(shí)刻預(yù)測(cè)的有M個(gè)控制增量,……，時(shí)未來(lái)P個(gè)時(shí)刻的系統(tǒng)輸出。為從現(xiàn)在起M個(gè)時(shí)刻的控制增量。稱為動(dòng)態(tài)矩陣，其元素為描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的階躍響應(yīng)系數(shù)。DMC是一種以優(yōu)化確定控制策略的算法。在采樣時(shí)刻t=kT的優(yōu)化性能指標(biāo)可取為+ （23）即通過選擇該時(shí)刻起M個(gè)時(shí)刻的控制增量,?，使系統(tǒng)在未來(lái)P（）個(gè)時(shí)刻的輸出值，…， 盡可能接近其期望值，…。性能指標(biāo)中的第二項(xiàng)是對(duì)控制增量的約束，即不允許控制量的變化過于劇烈。式中，為權(quán)系數(shù)，P和M分別稱為優(yōu)化時(shí)域長(zhǎng)度和控制時(shí)域長(zhǎng)度。顯然，在不同時(shí)刻，優(yōu)化性能指標(biāo)是不同的，但其相對(duì)形式卻是一致的，都具有類似于(21)的形式，所謂“滾動(dòng)優(yōu)化”，就是指優(yōu)化時(shí)域隨時(shí)間不斷地向前推移。引入向量和矩陣記號(hào)， Q=diag(,…，)， R=diag(,…，)則優(yōu)化性能指標(biāo)式(21)可改寫為 (24)式中，Q, R分別稱為誤差權(quán)矩陣和控制權(quán)矩陣。在不考慮輸入輸出約束的情況下，在t=kT時(shí)刻，均為己知，使J(k)取最小的可通過極值必要條件求得
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