MATLAB水箱液位DMC预测控制系统设计(2)
3.2双容水箱系统的机理建模 17
3.2.1单容水箱机理建模 18
3.2.2双容水箱机理建模 20
4 双容水箱预测控制策略及仿真研究 21
4.1传统PID控制 21
4.1.1 PID控制的基本原理 21
4.1.2 PID控制的参数整定 22
4.2 DMC-PID预测控制 23
4.3 基于MATLAB仿真的水箱液位控制结果分析 24
4.3.1 MATLAB概述 24
4.4 基于MATLAB仿真结果研究 25
4.4.1 模型研究 25
4.4.2 使用传统PID控制的仿真分析 25
4.4.3 使用DMC预测控制的仿真分析 27
5 结论 33
1.结论 33
2. 展望 33
致谢 35
参考文献 36
1 概述
1.1课题背景
随着科学技术和工业生产的迅猛发展，人们对复杂系统的自动化控制水平的要求也越来越高。而实际生产过程中的被控对象大多具有多输入、非线性、时延等特点，经典控制很难满足控制要求。针对这类复杂的被控对象研究先进的控制策略，以提高其控制性能，具有很重要的现实意义。
液位是工业过程控制中的四大参数之一，也是工业生产领域中常见的被控变量，它的控制精度影响产品的质量和控制性能。在人们日常生活和工业生产中，常涉及到一些液位或流量控制。例如日常生活中使用的蓄水池，要求其文持在一定液位高度，以此控制流体的一些过程。化工工业中的玻璃生产过程中控制的玻璃液面，因其会影响供料机向成型机提供的料滴质量，从而对玻璃成品有决定作用。因而调整容器进出水量的控制器的设计具有现实意义。因此，为了保证生产安全及产品的质量和数量，对液位进行精确控制是非常必要的，液位自动控制的算法研究受到越来越多学者的关注。
在水箱液位的控制中，由于双容水箱控制系统的非线性，时变性，时滞性等特点，使其模型有很多不确定性，对其建立精确的模型比较困难，即使建立其数学模型，往往也过于复杂。由于这些不确定性的存在，在工业生产实际应用中，采用一般的串级PID控制已经达不到工艺要求。为此研究一种鲁棒性好、抗干扰能力强且具有大纯滞后补偿能力的控制方案是必要的。近几年来，随着计算机技术以及生产过程建模、系统辨识、自适应控制等技术的发展，各种计算机控制算法也得到了迅猛发展，预测控制算法就是其中之一。它能克服各种不确定性和复杂变化的影响，使预测控制在各种复杂的工业生产过程控制中得到更多成功的应用。
1.2国内外水箱控制算法研究现况
1.3预测控制简介
预测控制是20世纪70年代发展起来的一类新型计算机控制算法。预测控制算法由于采用了多步预测、滚动优化和反馈校正等控制策略，因而具有控制效果好、鲁棒性强、对模型精确度要求不高的优点。正是预测控制的这些优点决定了预测控制能适用于那些非线性、不确定性和时变的复杂的工业生产过程，并在对这些过程的控制中获得优良的控制效果和满意的控制精度。
目前提出的预测控制算法主要有基于非参数模型的模型算法控制（MAC）、动态矩阵控制（DMC），以及基于参数模型的广义预测控制（GPC）和广义预测极点配置控制（GPP）等。其中，模型算法采用对象的脉冲响应模型，动态矩阵控制采用对象的阶跃响应模型，这两种模型在工业生产实际中都是易于获得的。广义预测控制和广义预测极点配置控制是预测控制思想和自适应控制的结合，采用CARIMA模型（受控自回归积分滑动平均模型），具有参数数目少并能够在线估计的优点，并且广义预测控制极点配置控制进一步采用极点配置技术，提高了预测控制系统的闭环稳定性和鲁棒性。
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