典型工业过程的无超调预测控制设计
3
孙明玮 陈增强 袁著祉
(
南开大学计算机与系统科学系 天津 300071
)
摘 要 讨论了二阶系统具有无超调响应的充分必要条件, 并结合一类典型工业对象的预测控制设计,
分析了相应设计参数对闭环系统的影响, 得到了具有无超调控制特性的条件。仿真结果表明, 所得出的
结论是正确的。
关键词 广义预测控制
(
GPC
)
, 稳定性, 超调
分类号
TP
29
Non
-
overshoot Predictive Control Design
for Typical Industrial Process
S un M ingw ei
,
Chen Zengqiang
,
Y uan Z huz h i
(
N ankaiU niversity
)
Abstract
The wo rk is to investigate how to choo se param eters to achieve non
-
overshoot response
characteristic for a p ractical p rocess
.
Firstly for a second
-
order system
,
the sufficient and necessary
conditions of non
-
overshoot step
-
response under several circum stances are obtained
.
The conditions
,
com bined w ith generalized p redictive control design of a class of typical industrial p rocess
,
are emp loyed
to analyze the effect of relevant param eter on the closed
-
loop perfo rm ance
,
and the param eter criterion
is obtained
.
Finally a sim ulation result demonstrates the effectiveness of the conclusion
.
Key words
generalized p redictive control
(
GPC
)
,
stability
,
overshoot
1
引 言
预测控制是 70 年代中后期发展起来的一种新
型模型控制算法
[1]
, 其中广义预测控制
(
GPC
)
[2]
在
工业过程中得到广泛的关注和应用。但是预测控制
的理论分析明显薄弱, 缺乏设计参数和闭环系统特
性之间的定量关系, 故设计参数只能根据它们对控
制性能的影响趋势, 通过仿真或实验加以整定。已有
的一些研究结果主要是关于如何选择参数以保证闭
环系统的稳定性, 而关于动态特性的研究则比较少。
在实际工业过程中, 超调与快速性是一对矛盾, 往往
不可兼得。在化工、医疗、铁路等一些生产应用中, 超
调将产生不良后果, 甚至激发不安全因素, 因此往往
要求无超调控制。
本文针对一类典型的工业对象, 系统地分析了
控制加权因子与无超调特性的关系, 并给出了定量
关系。仿真示例验证了文中的结论。
2 准备工作
在工业生产过程中, 有很大一类对象可近似用
一阶惯性加纯滞后环节表示
[3]
, 即
G
(
s
)
=
K e
- Σ
0
s
1 + T
0
s
(
1
)
其中, K 为过程增益, Σ
0
为纯滞后, T
0
是惯性环节的
时间常数, 可根据对象的阶跃响应曲线直接辨识。为
简化讨论, 可将时间标度改为 t′= tgT
0
, 输出量改为
y ′= y gK , 则
(
1
)
可转化为
G
(
s
)
=
e
- Σs
1 + s
(
2
)
3 国家 863 计划 C IM S 主题应用基础研究项目
(
863 - 511 - 945 - 010
)
1999 - 05 - 05 收稿, 1999 - 07 - 19 修回
第 15 卷 第 2 期
Vo l. 15 No. 2
控 制 与 决 策
CON TROL A N D D EC IS ION
2000 年 3 月
M ar. 2000
资源评论
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