分布式预测函数控制及其应用研究

【摘要】预测函数控制是在模型预测控制成熟的基础上发展起来的一种控制方法，其通过对控制输入结构化，使控制作用更具规律性，且计算量小，是预测控制发展的一个新方向。另一方面，随着计算机网络的迅速发展，预测控制已不再局限于集中式控制，而更多采用的是分布式控制，这就给传统的控制问题带来了新的要求和挑战。本文在预测函数控制和分布式控制的基础上提出了分布式预测函数控制，并从理论和应用两个方面对其进行了研究。主要内容包括以下几个方面：（1）详细介绍了基于阶跃响应的单变量预测函数控制原理和具体算法，并对其参数选取原则进行了阐述。该算法计算简单，容易实现，适合工业现场需要；仿真结果显示，其控制性能良好，能准确、快速跟踪设定值。（2）针对大规模系统控制问题，提出了分布式预测函数控制方法。这种方法将一个大规模系统的控制问题分散到子系统中去分布解决，降低了控制问题的规模和复杂性；同时，每个子系统之间可以进行信息交换，并采用预测函数控制作为控制策略，使控制输入结构化，有效的减少了在线计算量。（3）详细推导了以阶跃响应为模型的分布式预测函数控制算法，讨论了算法稳定性，证明了其迭代收敛条件。并以多变量耦合系统为对象进行了仿真研究，给出了模型失配时的仿真结果，该算法有效的完成了控制任务，提高了控制性能。（4）针对四水箱液位控制系统的特点，建立了相互耦合的多变量模型，研究了其分布式预测函数控制方案。通过SCL（StructuredControlLanguage）编写分布式预测函数控制算法，应用在基于PLC（ProgrammableLogicController）的液位控制中，实现了软硬件的结合。并通过组态软件进行界面设计，实现参数设置和实时监控。仿真结果和实际控制效果验证了所提算法的可行性和有效性。
【作者】张运诗；
【导师】钟胜奎；仲兆准；
【作者基本信息】苏州大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】预测函数控制；分布式控制；子系统；SCL；收敛性；

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