模型預(yù)測(cè)控制工程應(yīng)用導(dǎo)論

第1章 模型預(yù)測(cè)控制概述1
1.1 先進(jìn)過程控制1
1.2 模型預(yù)測(cè)控制的基本原理2
1.2.1 預(yù)測(cè)模型2
1.2.2 滾動(dòng)優(yōu)化2
1.2.3 反饋校正4
1.2.4 參考軌跡4
1.3 模型預(yù)測(cè)控制的應(yīng)用場(chǎng)合5
1.4 模型預(yù)測(cè)控制的發(fā)展歷史及趨勢(shì)6
1.4.1 理論路線6
1.4.2 技術(shù)路線7
第2章 工業(yè)過程的模型化11
2.1 工業(yè)過程的數(shù)學(xué)模型11
2.1.1 模型的含義11
2.1.2 時(shí)域模型與頻域模型及信號(hào)譜12
2.1.3 動(dòng)態(tài)模型與穩(wěn)態(tài)模型14
2.1.4 工業(yè)過程的多輸入多輸出模型17
2.1.5 機(jī)理建模與系統(tǒng)辨識(shí)19
2.1.6 模型的可視化輸出20
2.1.7 小結(jié)21
2.2 工業(yè)過程的測(cè)試21
2.2.1 工業(yè)過程的預(yù)測(cè)試(模型辨識(shí)環(huán)節(jié))21
2.2.2 測(cè)試信號(hào)22
2.2.3 過程測(cè)試的幾個(gè)原則25
2.2.4 數(shù)據(jù)采集26
2.2.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理27
2.3 線性模型及辨識(shí)28
2.3.1 線性疊加原理與線性系統(tǒng)的卷積響應(yīng)28
2.3.2 FIR模型及辨識(shí)29
2.3.3 FSR模型及辨識(shí)36
2.3.4 離散傳遞函數(shù)模型及辨識(shí)40
2.3.5 狀態(tài)空間模型及辨識(shí)(簡(jiǎn)述)44
2.3.6 小結(jié)45
2.4 非線性模型與辨識(shí)45
2.4.1 非線性輸入輸出模型與辨識(shí)46
2.4.2 非線性狀態(tài)空間模型與辨識(shí)47
2.4.3 非線性機(jī)理模型的建立47
2.5 本章 總結(jié)48
第3章 狀態(tài)空間模型的辨識(shí)——子空間方法49
3.1 引言49
3.1.1 狀態(tài)空間模型的一般描述49
3.1.2 Kalman濾波49
3.1.3 子空間模型辨識(shí)的基本思想51
3.2 幾何工具52
3.2.1 正交投影52
3.2.2 斜向投影53
3.3 子空間矩陣描述54
3.3.1 Hankel矩陣54
3.3.2 系統(tǒng)矩陣55
3.3.3 系數(shù)矩陣55
3.4 子空間矩陣的線性回歸方法56
3.5 子空間辨識(shí)算法基本步驟57
3.5.1 能觀性矩陣/狀態(tài)序列估計(jì)58
3.5.2 狀態(tài)空間模型計(jì)算59
3.6 本章 總結(jié)60
第4章 工業(yè)過程實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)62
4.1 引言62
4.2 過程優(yōu)化基礎(chǔ)63
4.2.1 過程優(yōu)化的應(yīng)用領(lǐng)域63
4.2.2 過程優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型64
4.3 化工過程實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)65
4.3.1 化工過程實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)特點(diǎn)與現(xiàn)狀66
4.3.2 化工過程實(shí)時(shí)優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)70
4.3.3 化工過程實(shí)時(shí)優(yōu)化的工程化73
4.4 本章 總結(jié)75
第5章 穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算方法76
5.1 引言76
5.2 穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算問題描述77
5.2.1 線性過程的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型77
5.2.2 穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的自優(yōu)化方法82
5.2.3 穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的目標(biāo)跟蹤方法90
5.2.4 穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的推廣92
5.3 穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的可行性判定與軟約束調(diào)整92
5.3.1 可行性判定與軟約束調(diào)整的加權(quán)方法93
5.3.2 可行性判定與軟約束調(diào)整的優(yōu)先級(jí)方法99
5.3.3 軟約束調(diào)整與優(yōu)化目標(biāo)的協(xié)調(diào)108
5.4 一種基于狀態(tài)空間模型的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算方法109
5.5 本章 總結(jié)110
知識(shí)鏈接1.數(shù)學(xué)規(guī)劃與最優(yōu)性條件111
2.線性規(guī)劃與二次規(guī)劃112
第6章 模型預(yù)測(cè)控制算法115
6.1 引言115
6.2 DMC116
6.2.1 單變量DMC算法116
6.2.2 適用于一階積分過程的DMC算法119
6.2.3 多變量DMC算法123
6.2.4 QDMC127
6.2.5 集成穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算的DMC算法129
6.2.6 DMC處理可測(cè)擾動(dòng)的方法130
6.3 狀態(tài)空間模型預(yù)測(cè)控制算法131
6.3.1 最優(yōu)控制131
6.3.2 線性狀態(tài)空間模型預(yù)測(cè)控制算法133
6.4 無(wú)靜差線性模型預(yù)測(cè)控制的擾動(dòng)建模方法140
6.4.1 模型預(yù)測(cè)控制問題描述140
6.4.2 不可測(cè)擾動(dòng)的建模141
6.4.3 控制系統(tǒng)的可檢測(cè)性142
6.4.4 狀態(tài)估計(jì)147
6.4.5 被控變量的目標(biāo)跟蹤148
6.4.6 無(wú)靜差控制149
6.4.7 仿真150
6.4.8 小結(jié)154
6.5 非線性模型預(yù)測(cè)控制算法156
6.6 模型預(yù)測(cè)控制穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀及常用方法157
6.6.1 幾種典型的模型預(yù)測(cè)控制描述形式157
6.6.2 原始形式及Kleinman控制器的穩(wěn)定性研究160
6.6.3 終端零約束和終端等式約束預(yù)測(cè)控制161
6.6.4 終端約束的放松和終端約束集162
6.6.5 終端代價(jià)函數(shù)的引入164
6.6.6 具有終端約束集和終端代價(jià)函數(shù)的穩(wěn)定預(yù)測(cè)控制算法164
6.6.7 預(yù)測(cè)控制穩(wěn)定性研究的常用方法165
6.7 總結(jié)167
知識(shí)鏈接控制系統(tǒng)的能控性、可鎮(zhèn)定性、能觀性、可檢測(cè)性167
第7章 模型預(yù)測(cè)控制工程化的更多細(xì)節(jié)170
7.1 模型預(yù)測(cè)控制工程化的一些實(shí)用方法170
7.1.1 模型預(yù)測(cè)170
7.1.2 非線性變換處理方法172
7.2 模型預(yù)測(cè)控制的項(xiàng)目實(shí)施流程177
7.2.1 效益分析與初步設(shè)計(jì)177
7.2.2 預(yù)測(cè)試178
7.2.3 動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試與模型辨識(shí)179
7.2.4 控制器離線仿真與參數(shù)整定179
7.2.5 控制器投運(yùn)與培訓(xùn)179
7.2.6 控制器維護(hù)180
第8章 模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的性能評(píng)估181
8.1 引言181
8.2 控制系統(tǒng)性能評(píng)估的研究概述183
8.2.1 基于最小方差基準(zhǔn)的性能評(píng)估方法183
8.2.2 性能評(píng)估的其他方法186
8.3 約束模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的性能評(píng)估187
8.3.1 概述187
8.3.2 最小方差控制器設(shè)計(jì)中的預(yù)測(cè)方法187
8.3.3 有限時(shí)域最小方差控制器189
8.3.4 約束最小方差控制器191
8.3.5 約束模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的性能評(píng)估192
8.3.6 小結(jié)196
8.4 模型預(yù)測(cè)控制關(guān)于變化性和約束調(diào)整的性能評(píng)估196
8.4.1 概述196
8.4.2 問題描述198
8.4.3 優(yōu)化問題的求解203
8.4.4 一種系統(tǒng)性方法206
8.4.5 案例研究207
知識(shí)鏈接最小方差控制209
8.4.6 小結(jié)210
第9章 討論與總結(jié)211
中英文對(duì)照表213
參考文獻(xiàn)215