子系统间动态耦合行为作用下分布式多预测控制器间的优化协调研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61064003
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
28.0万
负责人：
安爱民
依托单位：
兰州理工大学
学科分类：
F0302.控制系统与应用
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
郝晓弘；王强；黄玲；马永炜；刘欣；李佳其；王永奇；
关键词：
耦合动态行为多预测控制器协调区域控制分布式控制

项目摘要

在过程控制中，集中式控制方式不利于灵活操作和方便维修，分布式控制是解决这一问题的有效途径。但子系统间的动态耦合行为是影响多控制器间优化协作以及整个控制系统可靠、稳定运行的主要原因之一。本项目以反应器-存储罐-分馏器组成的实验过程，采用理论分析、实验和仿真相结合的方法，在子系统间动态耦合信息变化的情形下，研究在分布式控制中通过实施鲁棒区域控制实现不同子控制器的优化协调。从过程优化控制的理念出发，探讨子模型相互作用行为及扰动对整个过程中多个控制器之间的协调和稳定性能的影响。在此基础上，建立在伪随机输入信号激励下整个过程模型以及各子系统模型和子模型间耦合动态行为模型，掌握影响控制器间信息交换的精度和协调控制的主要因素，深入理解耦合动态行为和不确定性扰动对模型动力学行为以及多预测控制器协作式系统的稳定性共同作用的机理，通过优化区域裕量，对控制器间优化协调与整个系统的稳定性提出更合理的通信、协调机制

结项摘要

工业过程的大型化和综合化有利于生产企业提高管控效益和实现节能降耗的目的。以分布式预测控制(DMPC)为主的分布式控制是实现大型过程灵活、优化控制的有效技术。在实施DMPC的过程中，子系统间的耦合动态行为影响分布式控制的性能。本课题就是针对分布式控制中子系统间的耦合动态性对子MPC控制器间相互协调下展开分析和研究，为大型工业过程实施分布式优化控制技术的设计与实施提供理论依据，将对大型工业过程实现灵活、平稳运行以及提升行业经济效益提供有价值的参考。本项目完成了如下研究：.1、在深入调研的基础上，了解国内外有关分布式预测控制方法的背景和追踪最新研究成果和现状。对分布式控制、预测控制器理论进行深入理解； .2、对选择的RSTS(Reactor-Storage tank-Separator)过程，在Simulink环境下对以常微分方程所表述的非线性系统进行建模。对该过程的动力学行为进行分析，阶跃测试、稳定性分析。分析子系统间的耦合关系、确定子系统间的耦合通道。采用PRBS信号对耦合通道间的耦合动力学行为进行测试和分析，制定一个合适的耦合动力学行为上界，考虑小于该界的耦合行为下的子系统MPC控制器间协调。.3、实现MATLAB环境下的预测控制算法进行编程，对RSTS过程实施CMPC控制策略。观测突发扰动出现、关键输入突变实施整体控制性能的变化。合适选择和调节控制器的参数CMPC能很好地稳定被控对象。然后对RSTS过程进行分割，实施常规的DMPC控制，观测扰动不存在、以及与CMPC情形相同的控制性能测试；在不考虑耦合动态行为的情形下，DMPC控制很难稳定被控制对象。若合理考虑耦合动态行为，并选择合适的迭代优化算法，DMPC控制是可以稳定被控制对象。从实时性、抑制扰动、准确跟踪设定值来看，DMPC控制的性能还是不如CMPC。.4、实施鲁棒稳定区域存在的情况下的DMPC控制。鲁棒区域的选择与耦合行为上界、DMPC控制性能之间的关系、不同子系统的MPC控制器的目标函数中的之间的调整对稳定性的影响，找一个准则，使所有的子MPC控制器协调下，整个系统稳定。. 结论是，对于大型过程系统，当扰动有界，时滞很小时，使用鲁棒稳定区域协调控制方法的DMPC可以很好地稳定被控制系统。今后，将考虑当不确定扰动变化、大间滞存在时DPMC稳定性、状态估计等方面的研究，同时也考虑网络环境下DMPC。