网络环境下的预测控制论文.doc

网络环境下的预测控制 摘要 网络控制系统（Networked Control Systems, NCSs）是一种空间分布式控制系统，其控制回路中的传感器、控制器、执行器由有限带宽的通信网络相连接。预测控制（Model Predictive Control, MPC）因在控制多变量约束系统方面的优势而成为流程工业过程中应用得最多的先进控制方法。本文以预测控制综合方法为基本方案，围绕网络控制的基本问题，并结合相关稳定性理论，对网络环境下的预测控制综合方法展开了研究。Predictive control under the internet environment Abstract Networked Control Systems (NCSs) are spatially distributed control systems, where the sensor, controller and actuator are connected trough shared band-limited communication network. Due to its advantage forcontrol ofthemultivariable constrained systems,model predictive control (MPC) has become the most widely applied advanced control method in process industries. Considering the basicissues in NCSs, this dissertationstudies the MPC under networked environment by taking the synthesis approaches as the basic control scheme. Keywords Networked Control; Model Predictive Control; Stability. 1 绪论 1.1 预测控制基本介绍 预测控制来源于工业过程控制中的一类基于预测过程模型的高级控制算法。它基于信息建模的思想，强调模型的函数而非模型的结构，能体现系统将来的行为。预测控制所表现的建模的简易性和控制的鲁棒性，使它显示了较强的生命力和吸引力，并很快引起了工业控制界的广泛关注。预测控制算法有三个基本特征，即多步预测、滚动优化和反馈校正，由计算机程序在线连续执行。 虽然预测控制系统能控制各种复杂过程，但由于其本质原因，设计这样一个控制系统非常复杂，要有丰富的经验，这也是预测控制不能像预期那样得到广泛应用的主要原因。 1.2网络控制基本介绍 在过去的几十年中，传统的集中式和集散式控制系统曾经极大地推动了控制工业的发展。随着计算机网络的广泛使用和网络技术的不断发展，控制系统的结构正在发生变化，正朝着网络化方向发展。网络控制系统(Networked Control System，简称NCS)，即网络化的控制系统，是在网络环境下实现的闭环控制系统，是计算机控制系统的更高发展阶段，是控制技术、计算机技术与网络通信技术相结合的产物[1]。控制技术构建了网络控制系统的功能和算法结构，是其内在灵魂与核心。计算机技术是网络控制系统各个节点和控制功能模块的实现方式，是形成网络控制的软、硬件基础，是网络控制系统的执行部件。通信技术连接了网络控制系统中的各个组成部分，是网络控制系统的信息传输系统。三种技术有机结合，形成了完整的网络控制技术。 与传统的点对点结构的系统相比，网络控制系统具有可以实现资源共享、远程操作与控制、较高的诊断能力、安装与维护简便、能有效减少系统的重量和体积、增加系统的灵活性和可靠性等诸多优点，是实现工厂自动化管理集中、控制分散、通信迅速的必威体育精装版过程控制系统。 1.2.1网络控制系统的定义 “Networked Control Systems”最早于1998年出现在马里兰大学GC．Walsh的论著中，但未给出明确的定义。只是用图示说明了网络控制系统的结构，指出在该系统中控制器与传感器通过串行通信形成闭环。清华大学的顾洪军给出了明确的定义[1]： 定义 网络控制系统(NCS，Networked Control Systems)，又称为网络化的控制系统，即在网络环境下实现的控制系统，是指在某个区域内一些现场检测、控制及操作设备和通信线路的集合，用以提供设备之间的数据传输，使该区域内不同地点的设备和用户实现资源共享和协调操作。广义的网络控制系统包括狭义概念的网络控制系统在内，还包括通过企业信息网络以及Internet/Intranet/Infranet实现的对工厂车间、生产线甚至现场设备的