基于动态矩阵的时滞系统控制与仿真研究.pdf

第 25卷第 2期 电 力 科 学 与 工 程 VO1．25．N0．2 42 ’2009年2月 ElectricP0werScienceandEn星=ineering Feb．．2O09 基于动态矩阵的时滞系统控制与仿真研究 张晓北，梁伟平，王 懿 (华北电力大学控制科学与工程学院，河北保定071o03) 摘要：利用动态矩阵控制这种基于对象阶跃响应的预测控制算法，针对控制系统复杂、数学模型难以精确 建立的时滞系统进行了仿真研究。结果表明，动态矩阵预测控制算法控制效果明显。 关键词：预测控制；动态矩阵控制；时滞系统 中图分类号：TP273；TK32 文献标识码：A 以克服各种不确定因素的影响，增强控制的鲁棒 1 预测控制的基本原理 性；而且在线计算简单，适合实际工业过程的控制 需要 。 预测控制是从工业实践中发展起来的，因其最 第二类是基于参数化模型的预测控制，主要有 大限度地结合了工业实际要求且综合效果好而引起 广义预测控制和广义预测极点配置控制。这类算法 了工业控制界和学术界的广泛关注。预测控制的算 保持了非参数化模型的模型预测控制算法的基本特 法 种类很多，表现形式多种多样，但都具有相 征，采用的模型是受控 自回归积分滑动平均模型或 同的本质特征：预测模型、滚动优化和反馈校正。 受控 自回归滑动平均模型。 各种预测控制算法具有类似的计算步骤：在当前时 刻，基于过程的动态模型预测未来一定时域 内每个 3 动态矩阵控制算法 采样周期的输出过程，这些输出为当前时刻和未来 一 定时域 内控制量的函数；按照基于反馈校正的某 动态矩阵控制算法是一种基于计算机控制的技 个优化 目标函数，计算当前及未来一定时域内的控 术。由于它直接 以对象的阶跃响应离散系数为模 制量大小；为了防止控制量剧烈变化和超调，一般 型，避免了通常传递函数或状态空间方程模型参数 在 目标函数中都考虑使未来输出以某一最优参考轨 的辨识；又由于采用多步预估技术，能有效地解决 迹去跟踪期望设定值；计算出当前控制量后给过程 时延过程问题，并按预估输出与给定值偏差最小的 实施控制；至下一时刻，根据新的预测数据重新按 二次性能指标实施控制，因此是一种最优控制技 上述步骤计算控制量。 术。动态矩阵控制算法的控制结构主要有预测模 型、滚动优化、误差校正构成 】。 2 预测控制的分类 在动态矩阵控制算法 (DMC)中，首先需要 测定对象单位阶跃响应的采样值日=口(ff)，卢1，2， 第一类为基于非参数化模型的模型预测控制， … ， Ⅳ。Ⅳ为建模时域。 近似等于对象阶跃响应 主要包括建立在脉冲响应模型基础上的模型预测启 的稳态值。由口构成的数据向量[口。 … 口Ⅳ]称为 发控制和建立在阶跃响应模型基础上的动态矩阵控 模型向量。 制，特点是：脉冲响应和阶跃响应在工业现场易于 假设对象在后时刻的输出初始值为 (后)，而在 获得，不需复杂的系统辨识建模；以采用反馈校正 第七时刻控制量 “()有一增量△“()，其在未来各时 为基础的在线滚动优化取代传统最优控制，因而可 刻的输出预测值为 收稿 日期：2o08一l1—20． 作者简介：张晓北 (1983一)，男，华北电力大学控制科学与工程学院硕士研究生 第2期 张晓北，等 基于动态矩阵的时滞系统控制与仿真研究 43 p M