工業(yè)預測控制

《電氣自動化新技術叢書》序言 第6屆《電氣自動化新技術叢書》編輯委員會的話 序 前言 第1章緒論1 1.1預測控制的發(fā)展背景1 1.2預測控制的變量選擇2 1.3工業(yè)預測控制的基本結構4 1.4常用的數(shù)學知識6 1.4.1確定性過程6 1.4.2隨機過程7 1.4.3最小二乘估計原理9 1.5工業(yè)預測控制的數(shù)學模型10 1.5.1多變量系統(tǒng)模型11 1.5.2動態(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)估計與開環(huán)預測20 2.1投影理論21 2.1.1線性最小方差估計和投影22 2.1.2新息序列和遞推投影公式24 2.2Kalman濾波器和預報器25 2.2.1Kalman濾波器26 2.2.2Kalman預報器30 2.2.3時變系統(tǒng)、有色噪聲和噪聲相關情形32 2.3穩(wěn)態(tài)Kalman濾波器與預報器36 2.4基于階躍響應模型和Kalman濾波器的開環(huán)預測39 2.4.1穩(wěn)定型CV的開環(huán)預測40 2.4.2積分型CV的開環(huán)預測43 第3章穩(wěn)態(tài)目標計算方法 45 3.1實時優(yōu)化和外部目標46 3.2穩(wěn)態(tài)目標計算的經(jīng)濟優(yōu)化和目標跟蹤問題47 3.2.1穩(wěn)態(tài)目標計算的經(jīng)濟優(yōu)化方法47 3.2.2穩(wěn)態(tài)目標計算的目標跟蹤問題52 3.3穩(wěn)態(tài)目標計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)定過程的雙層結構動態(tài)矩陣控制72 4.1開環(huán)預測模塊73 4.1.1開環(huán)動態(tài)與穩(wěn)態(tài)預測值74 4.1.2開環(huán)預測誤差76 4.2穩(wěn)態(tài)目標計算模塊76 4.2.1將約束統(tǒng)一為關于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)先級排名和每個優(yōu)先級約束的確定80 4.2.4穩(wěn)態(tài)目標計算的可行性階段82 4.2.5穩(wěn)態(tài)目標計算的經(jīng)濟優(yōu)化階段:不含軟約束情況84 4.2.6穩(wěn)態(tài)目標計算的經(jīng)濟優(yōu)化階段:含最低優(yōu)先級軟約束情況85 4.3動態(tài)控制模塊86 4.4動態(tài)矩陣控制的等價形式95 4.4.1無約束動態(tài)矩陣控制95 4.4.2二次規(guī)劃動態(tài)矩陣控制101 第5章含積分輸出的雙層結構動態(tài)矩陣控制104 5.1開環(huán)預測模塊105 5.1.1被控系統(tǒng)數(shù)學模型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)目標計算問題描述110 5.2.1穩(wěn)定型CV部分的穩(wěn)態(tài)預測模型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)目標計算算法115 5.3.1將約束統(tǒng)一表達為關于MV穩(wěn)態(tài)增量的形式115 5.3.2軟約束的優(yōu)先級排名以及每個優(yōu)先級約束的確定118 5.3.3穩(wěn)態(tài)目標計算的可行性階段118 5.3.4穩(wěn)態(tài)目標計算的經(jīng)濟優(yōu)化階段:不含軟約束情況121 5.3.5穩(wěn)態(tài)目標計算的經(jīng)濟優(yōu)化階段: 含最低優(yōu)先級軟約束情況122 5.4動態(tài)控制模塊122 5.4.1動態(tài)控制的設定值124 5.4.2動態(tài)控制算法125 5.5仿真算例127 第6章基于狀態(tài)空間模型的雙層結構預測控制139 6.1干擾模型與可檢測性139 6.1.1不可測擾動模型140 6.1.2增廣模型的可檢測性141 6.1.3積分型輸出的擾動模型144 6.2開環(huán)預測模塊146 6.3穩(wěn)態(tài)目標計算模塊148 6.3.1將約束統(tǒng)一表達為關于控制攝動穩(wěn)態(tài)增量的形式149 6.3.2穩(wěn)態(tài)目標計算的可行性階段151 6.3.3穩(wěn)態(tài)目標計算的經(jīng)濟優(yōu)化階段:不含軟約束情況153 6.4動態(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)辨識實驗與仿真研究212 8.4.1Shell重油分餾塔模型212 8.4.2CD播放器機械臂模型213 8.4.3燃料電池模型215 8.4.4連續(xù)攪拌反應釜模型217 8.4.5三容水箱系統(tǒng)實驗219 8.5閉環(huán)子空間辨識223 第9章雙層結構預測控制的無靜差特性228 9.1基于狀態(tài)空間模型的目標跟蹤問題228 9.2基于狀態(tài)空間模型的動態(tài)控制和無靜差特性231 9.3雙層結構動態(tài)矩陣控制的無靜差特性238 9.4無靜差控制的基礎即動態(tài)穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀239 第10章雙層結構預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變自由度的雙層結構預測控制247 10.3氯乙烯分餾塔應用實例248 參考文獻252