基于c++的mimo系统预测控制平台的开发

文档编号:ZD1004    文档字数:20210,页数:47

摘要
 预测控制策略被认为是工业过程很有发展前景的先进控制算法，已被许多大型公司嵌入到自己的控制系统软件中，在一些大型的过程控制系统中得到广泛应用。但预测控制在许多中小型装置的回路还未得到广泛应用，其原因在于该算法与传统的PID控制器比，对工程人员的专业知识要求高，计算量大。由次出发，本文针对预测控制系统的特点，研究和制作了实时性较好的低成本的集预测控制仿真与控制的为一体的预测控制软件包，在实验装置和工业系统中得到应用。主要研究工作包括:
 1. 对多变量系统的动态矩阵控制((Dynamic Matrix Control简称为DMC)算法进行分析，找出基本DMC算法的不足与可以改进的地方，并做针对性的改进。分析了DMC算法在带有积分环节对象控制中所遇到的问题和困难，研究出适合控制带有积分环节对象的DMC算法形式，并成功地应用到工业系统中。
 2. 基于PC机平台用VC++语言开发了集仿真与控制为一体的实时预测控制软件包，包括参数输入模块、数据采集模块、系统辨识模块、对象阶跃响应模块、控制器矩阵模块、在线控制模块、干扰处理模块、约束处理模块、结果输出模块等九个功能模块。该软件实现了对预测控制系统的综合仿真，具有一定的参考价值。
 
关键词：预测控制，DMC，仿真，实时预测控制，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
目 录
摘要…………………………………………………………………………Ⅰ
1 绪论……………………………………………………………………………1
 1.1  控制预测的提出与发展………………………………………………1
 1.2  预测控制的存在问题及发展前景…………………………………………2
        1.2.1  预测控制存在的问题……………………………………………………3
  1.2.2  预测控制的发展前景………………………………………………………4
 1.3  控制预测的方法策略…………………………………………………………4
 1.4  控制预测的工业应用…………………………………………………… ………5
 1.5  本文的主要工作………………………………………………………………6
2 动态矩阵控制算法描述及其分析………………………………………………8
 2.1  预测控制的基本思想………………………………………………………8
  2.1.1  预测模型…………………………………………………8
  2.1.2  滚动优化………………………………………………………………8
        2.1.3  反馈校正………………………………………………………………8
 2.2  动态矩阵控制(DMC)的原理和算法…………………………………………9
 2.3  多变量动态矩阵控制的原理和算法………………………………………………11
 2.4  动态矩阵控制算法的实现…………………………………………14
 2.4.1  离线计算………………………………………………………14
  2.4.2  初始化……………………………14
 2.5  动态矩阵控制的参数设置………………………………………………14
 2.5.1  采样周期T与模型长度N……………………………………………15
  2.5.2  优化时域长度P……………………15
 2.5.3  控制时域长度M………………………………………16
  2.5.4  误差权矩阵Q………………………16
 2.5.5  控制权矩阵R……………………………………16
  2.5.6  误差校正向量h…………………17
 2.6  带有积分环节对象的DMC控制算法……………………………………17
3动态矩阵控制软件介绍及仿真结果…………………………………………19
 3.1  系统组成……………………………………………………………19
  3.1.1  控制参数输入模块………………………………………………………19
  3.1.2  数据采集模块………………………………………20
 3.1.3  对象模型辨识模块………………………………………20
 3.1.4  对象阶跃响应模块………………………………………20
 3.1.5  控制器矩阵模块………………………………………21
 3.1.6  DMC在线控制模块………………………………………21
 3.1.7  干扰处理模块………………………………………22
 3.1.8  结果输出模块………………………………………22
 3.2  多变量仿真实例………………………………………………………………23
4  总结与展望 …………………………………………………26
致谢…………………………………………………………………………………………27
参考文献…………………………………………………………………………………28
附录……………………………………………………………………………………29

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