基于Hammerstei模型的非線性預(yù)測控制

本文提出了一種針對Hammerstein 模型的預(yù)測控制策略。該策略將Hammerstein
模型中的無記憶非線性靜態(tài)增益環(huán)節(jié)，改進(jìn)成易于由中間變量求取控制量的環(huán)節(jié)，避免了求解高階方程根的困難，又對線性環(huán)節(jié)采用線性系統(tǒng)的廣義預(yù)測控制。由于引入了廣義預(yù)測控制中多步預(yù)測的思想，抗噪聲的能力顯著提高。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該策略的有效性。
在過去十幾年中，基于線性模型的預(yù)測控制(簡稱MPC)已成為普遍的控制策略之一。對
于一系列工業(yè)過程(特別是煉油工業(yè))，有過許多成功應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)。然而，許多重要的工業(yè)過程本質(zhì)上是非線性的，因此，對于這類過程，除非線性調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定得很保守，否則控制品質(zhì)將會(huì)顯著惡化。有鑒于此，對于大部分的非線性過程，必須采用非線性預(yù)測控制。將MPC 與非線性模型相結(jié)合是一種控制非線性過程的有效方法。在文獻(xiàn)中，已報(bào)導(dǎo)了許多非線性模型[1-5]，在這一系列非線性模型中，Hammerstein 模型是最簡單的一種。它在工業(yè)實(shí)際過程中可以很好的描述一大類非線性系統(tǒng)，如蒸餾塔、熱交換器、PH 中和過程等等。許多學(xué)者提出了基于Hammerstein 模型的非線性模型預(yù)測控制，對Hammerstein 模型進(jìn)行了預(yù)測控制和分析[1-4]。總觀這些控制方法，都是將整個(gè)控制系統(tǒng)分解成線性和非線性兩部分考慮，
在線性部分中，由不同預(yù)測方法求出中間變量，然后在根據(jù)靜態(tài)非線性部分的特點(diǎn)，采用各種求取方程根的方法，最終求出控制量。
本文對一類簡單的Hammerstein 模型進(jìn)行預(yù)測控制研究。針對具有Hammerstein 模型特
點(diǎn)的非線性對象的線性動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)采用了線性模型廣義預(yù)測控制，求得中間變量。非線性靜態(tài)增益環(huán)節(jié)經(jīng)過改進(jìn)，可以很容易的求得系統(tǒng)的控制量，而不需要考慮高次方程的求根問題，避免了解高階方程根的困難，大大減少了計(jì)算量。仿真研究證實(shí)了算法的有效性。