工業(yè)預(yù)測控制

《電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書》序言 第6屆《電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書》編輯委員會(huì)的話 序 前言 第1章緒論1 1.1預(yù)測控制的發(fā)展背景1 1.2預(yù)測控制的變量選擇2 1.3工業(yè)預(yù)測控制的基本結(jié)構(gòu)4 1.4常用的數(shù)學(xué)知識6 1.4.1確定性過程6 1.4.2隨機(jī)過程7 1.4.3最小二乘估計(jì)原理9 1.5工業(yè)預(yù)測控制的數(shù)學(xué)模型10 1.5.1多變量系統(tǒng)模型11 1.5.2動(dòng)態(tài)模型與穩(wěn)態(tài)模型17 1.6本書內(nèi)容編排18 第2章狀態(tài)估計(jì)與開環(huán)預(yù)測20 2.1投影理論21 2.1.1線性最小方差估計(jì)和投影22 2.1.2新息序列和遞推投影公式24 2.2Kalman濾波器和預(yù)報(bào)器25 2.2.1Kalman濾波器26 2.2.2Kalman預(yù)報(bào)器30 2.2.3時(shí)變系統(tǒng)、有色噪聲和噪聲相關(guān)情形32 2.3穩(wěn)態(tài)Kalman濾波器與預(yù)報(bào)器36 2.4基于階躍響應(yīng)模型和Kalman濾波器的開環(huán)預(yù)測39 2.4.1穩(wěn)定型CV的開環(huán)預(yù)測40 2.4.2積分型CV的開環(huán)預(yù)測43 第3章穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算方法 45 3.1實(shí)時(shí)優(yōu)化和外部目標(biāo)46 3.2穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化和目標(biāo)跟蹤問題47 3.2.1穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法47 3.2.2穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的目標(biāo)跟蹤問題52 3.3穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的可行性判定與軟約束調(diào)整53 3.3.1可行性判定與軟約束調(diào)整的加權(quán)方法54 3.3.2可行性判定與軟約束調(diào)整的優(yōu)先級方法57 3.3.3軟約束調(diào)整與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的折中62 3.4線性與二次規(guī)劃63 3.4.1線性規(guī)劃算法描述63 3.4.2二次規(guī)劃算法描述68 第4章穩(wěn)定過程的雙層結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)矩陣控制72 4.1開環(huán)預(yù)測模塊73 4.1.1開環(huán)動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)預(yù)測值74 4.1.2開環(huán)預(yù)測誤差76 4.2穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算模塊76 4.2.1將約束統(tǒng)一為關(guān)于MV穩(wěn)態(tài)增量的形式77 4.2.2引入輔助變量和松弛變量，將約束統(tǒng)一為不含MV穩(wěn)態(tài)增量的等式形式79 4.2.3軟約束的優(yōu)先級排名和每個(gè)優(yōu)先級約束的確定80 4.2.4穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的可行性階段82 4.2.5穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化階段:不含軟約束情況84 4.2.6穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化階段:含最低優(yōu)先級軟約束情況85 4.3動(dòng)態(tài)控制模塊86 4.4動(dòng)態(tài)矩陣控制的等價(jià)形式95 4.4.1無約束動(dòng)態(tài)矩陣控制95 4.4.2二次規(guī)劃動(dòng)態(tài)矩陣控制101 第5章含積分輸出的雙層結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)矩陣控制104 5.1開環(huán)預(yù)測模塊105 5.1.1被控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型105 5.1.2穩(wěn)定型CV部分106 5.1.3積分型CV部分107 5.2穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算問題描述110 5.2.1穩(wěn)定型CV部分的穩(wěn)態(tài)預(yù)測模型110 5.2.2積分型CV部分的穩(wěn)態(tài)模型與約束111 5.3多優(yōu)先級穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算算法115 5.3.1將約束統(tǒng)一表達(dá)為關(guān)于MV穩(wěn)態(tài)增量的形式115 5.3.2軟約束的優(yōu)先級排名以及每個(gè)優(yōu)先級約束的確定118 5.3.3穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的可行性階段118 5.3.4穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化階段:不含軟約束情況121 5.3.5穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化階段: 含最低優(yōu)先級軟約束情況122 5.4動(dòng)態(tài)控制模塊122 5.4.1動(dòng)態(tài)控制的設(shè)定值124 5.4.2動(dòng)態(tài)控制算法125 5.5仿真算例127 第6章基于狀態(tài)空間模型的雙層結(jié)構(gòu)預(yù)測控制139 6.1干擾模型與可檢測性139 6.1.1不可測擾動(dòng)模型140 6.1.2增廣模型的可檢測性141 6.1.3積分型輸出的擾動(dòng)模型144 6.2開環(huán)預(yù)測模塊146 6.3穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算模塊148 6.3.1將約束統(tǒng)一表達(dá)為關(guān)于控制攝動(dòng)穩(wěn)態(tài)增量的形式149 6.3.2穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的可行性階段151 6.3.3穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化階段:不含軟約束情況153 6.4動(dòng)態(tài)控制模塊154 6.5其他備選方案161 6.5.1消除穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)161 6.5.2將被控輸出作為狀態(tài)163 6.5.3將操作變量作為狀態(tài)166 6.6能控性、能觀性、可鎮(zhèn)定性、可檢測性167 第7章輸入輸出模型參數(shù)辨識170 7.1工業(yè)過程的測試170 7.1.1測試信號170 7.1.2過程測試與數(shù)據(jù)采集176 7.1.3數(shù)據(jù)預(yù)處理177 7.2最小二乘參數(shù)辨識的基本原理178 7.3非參數(shù)化輸入輸出模型辨識181 7.3.1待辨識模型的描述181 7.3.2數(shù)據(jù)處理183 7.3.3模型辨識方法185 7.4仿真研究195 第8章狀態(tài)空間模型的子空間辨識法199 8.1子空間辨識常用的投影與矩陣分解理論199 8.1.1投影理論199 8.1.2QR分解和SVD分解201 8.2子空間辨識基本原理203 8.2.1問題描述203 8.2.2子空間矩陣方程205 8.2.3子空間辨識的基本思想207 8.3幾種典型的開環(huán)子空間辨識算法209 8.3.1線性回歸分析法209 8.3.2N4SID方法211 8.3.3PO-MOESP法211 8.4開環(huán)辨識實(shí)驗(yàn)與仿真研究212 8.4.1Shell重油分餾塔模型212 8.4.2CD播放器機(jī)械臂模型213 8.4.3燃料電池模型215 8.4.4連續(xù)攪拌反應(yīng)釜模型217 8.4.5三容水箱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)219 8.5閉環(huán)子空間辨識223 第9章雙層結(jié)構(gòu)預(yù)測控制的無靜差特性228 9.1基于狀態(tài)空間模型的目標(biāo)跟蹤問題228 9.2基于狀態(tài)空間模型的動(dòng)態(tài)控制和無靜差特性231 9.3雙層結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)矩陣控制的無靜差特性238 9.4無靜差控制的基礎(chǔ)即動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀239 第10章雙層結(jié)構(gòu)預(yù)測控制的非線性和自由度變換243 10.1非線性變換方法243 10.2變自由度的雙層結(jié)構(gòu)預(yù)測控制247 10.3氯乙烯分餾塔應(yīng)用實(shí)例248 參考文獻(xiàn)252