基于c++的mimo系統預測控制平臺的開發

電氣自動化論文編號:ZD1004    論文字數:20210,頁數:47

目 錄
摘要…………………………………………………………………………Ⅰ
1 緒論……………………………………………………………………………1
 1.1  控制預測的提出與發展………………………………………………1
 1.2  預測控制的存在問題及發展前景…………………………………………2
        1.2.1  預測控制存在的問題……………………………………………………3
  1.2.2  預測控制的發展前景………………………………………………………4
 1.3  控制預測的方法策略…………………………………………………………4
 1.4  控制預測的工業應用…………………………………………………… ………5
 1.5  本文的主要工作………………………………………………………………6
2 動態矩陣控制算法描述及其分析………………………………………………8
 2.1  預測控制的基本思想………………………………………………………8
  2.1.1  預測模型…………………………………………………8
  2.1.2  滾動優化………………………………………………………………8
        2.1.3  反饋校正………………………………………………………………8
 2.2  動態矩陣控制(DMC)的原理和算法…………………………………………9
 2.3  多變量動態矩陣控制的原理和算法………………………………………………11
 2.4  動態矩陣控制算法的實現…………………………………………14
 2.4.1  離線計算………………………………………………………14
  2.4.2  初始化……………………………14
 2.5  動態矩陣控制的參數設置………………………………………………14
 2.5.1  采樣周期T與模型長度N……………………………………………15
  2.5.2  優化時域長度P……………………15
 2.5.3  控制時域長度M………………………………………16
  2.5.4  誤差權矩陣Q………………………16
 2.5.5  控制權矩陣R……………………………………16
  2.5.6  誤差校正向量h…………………17
 2.6  帶有積分環節對象的DMC控制算法……………………………………17
3動態矩陣控制軟件介紹及仿真結果…………………………………………19
 3.1  系統組成……………………………………………………………19
  3.1.1  控制參數輸入模塊………………………………………………………19
  3.1.2  數據采集模塊………………………………………20
 3.1.3  對象模型辨識模塊………………………………………20
 3.1.4  對象階躍響應模塊………………………………………20
 3.1.5  控制器矩陣模塊………………………………………21
 3.1.6  DMC在線控制模塊………………………………………21
 3.1.7  干擾處理模塊………………………………………22
 3.1.8  結果輸出模塊………………………………………22
 3.2  多變量仿真實例………………………………………………………………23
4  總結與展望 …………………………………………………26
致謝…………………………………………………………………………………………27
參考文獻…………………………………………………………………………………28
附錄……………………………………………………………………………………29

摘要
 預測控制策略被認為是工業過程很有發展前景的先進控制算法，已被許多大型公司嵌入到自己的控制系統軟件中，在一些大型的過程控制系統中得到廣泛應用。但預測控制在許多中小型裝置的回路還未得到廣泛應用，其原因在于該算法與傳統的PID控制器比，對工程人員的專業知識要求高，計算量大。由次出發，本文針對預測控制系統的特點，研究和制作了實時性較好的低成本的集預測控制仿真與控制的為一體的預測控制軟件包，在實驗裝置和工業系統中得到應用。主要研究工作包括:
 1. 對多變量系統的動態矩陣控制((Dynamic Matrix Control簡稱為DMC)算法進行分析，找出基本DMC算法的不足與可以改進的地方，并做針對性的改進。分析了DMC算法在帶有積分環節對象控制中所遇到的問題和困難，研究出適合控制帶有積分環節對象的DMC算法形式，并成功地應用到工業系統中。
 2. 基于PC機平臺用VC++語言開發了集仿真與控制為一體的實時預測控制軟件包，包括參數輸入模塊、數據采集模塊、系統辨識模塊、對象階躍響應模塊、控制器矩陣模塊、在線控制模塊、干擾處理模塊、約束處理模塊、結果輸出模塊等九個功能模塊。該軟件實現了對預測控制系統的綜合仿真，具有一定的參考價值。
 
關鍵詞：預測控制，DMC，仿真，實時預測控制，MIMO

Abstract
 Predictive control is regarded as the most promising and advanced control algorithm Many big companies have embedded it into control system software and applied in some large-seale process control system However, predictive control scarcely applies in many medium-sized and pint-sized eonllol system Because the predictive algorithm needs much more skilled engineers than that of PID controllers ，moreover, predictive algorithm needs more calculations So aiming at the characters of the process control system，the paper researched and finished the low-cost and real-time predictive control software for simulations and real time controls The software has been successful applied in laboratories and industrial control system．The main work is summarized as follows：
 1. The paper researches and analyzes multiple variable dynamic matrix control (DMC) algorithms and finds the deficiencies of the basic DMC algorithm At the same time, the paper also improves the algorithm aiming at characters of process control system. After analyzing the difficulties the basic DMC algorithm  encountering  in control system with integral process，the paper finds the new DMC algorithm form fitting for the control system with integrals，and successfully applies it into industrial system．
 2. Programming with VC++ language．A test edition of Predictive Control Software based on PC platform have been developed successfully for simulation and real-time control，including Parameters input module，Data collection module，System identification module，System response module , calculate control parameters movie，DMC online-control module，disturbs processing module，constraints processing module and  Result output  module. Various systems 'properties can be simulated using this package.

Keywords: predictive DMC ,simulation，real-time predictive control ,multiple input multiple output