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基于RBF-ARX模型的预测控制在温度实时控制系统中的应用研究

作　者: 邓霞容
导　师: 彭辉
学　校: 中南大学
专　业: 电气工程
关键词: 连续补水式电加热炉温度系统 预测控制 RBF-ARX模型 组态王 DDE通信
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文针对连续补水式电加热炉温度控制系统,研究了该非线性系统的RBF-ARX建模和基于该模型的预测控制算法在该温度系统实时控制中的应用,对研究现代控制理论在工业控制中的应用具有一定的借鉴意义。首先重点介绍了RBF-ARX模型的结构。RBF-ARX模型是通过RBF网络对ARX模型中的函数系数进行逼近而得到的一种全局模型,该模型能描述非线性系统工作点附近的动态特性,因此通过对全局RBF-ARX模型进行简单的在线计算,就可获得当前工作点的局部线性模型的状态空间表达形式,基于该状态空间的模型可以直接作为预测模型,减少了系统的在线计算量。并针对连续补水式电加热炉温度系统进行了RBF-ARX和ARX模型的建模,对比了两种模型的一步预测效果,得出RBF-ARX模型能更好的描述非线性系统的全局动态特性。其次开发了温度控制系统的组态王监控平台。介绍了非线性系统的预测控制原理,给出了一种基于RBF-ARX模型的预测控制算法,搭建了温度系统基于该算法的Simulink仿真平台,给出了仿真结果。介绍了一种通过统一Simulink时钟与PC时钟实现同步实时控制的方法,使Simulink在Normal状态下实现与组态王软件之间的DDE实时通信,在此基础上采用S-Function搭建了温度系统基于RBF-ARX模型的预测控制算法的Simulink实时控制平台。最后针对温度系统加热和散热特性不同,提出一种采用两组PID参数切换的PID控制方法。比较了基于RBF-ARX模型的预测控制算法和PID控制算法在温度实时控制中控制效果,得出前者具有更好的动态特性、静态特性和强鲁棒性能,即基于RBF-ARX模型的预测控制方法对于温度系统的控制是有效的。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 温度控制系统的研究情况概述  9-11
    1.1.1 温度控制研究的意义  9
    1.1.2 课题研究的来源  9-10
    1.1.3 课题研究的方案  10-11
  1.2 预测控制的研究情况概述  11-14
    1.2.1 预测控制的产生  11-12
    1.2.2 预测控制方法介绍  12-13
    1.2.3 预测控制的发展趋势  13-14
  1.3 RBF-ARX模型的介绍  14-16
  1.4 本文的主要工作  16-17
第二章 RBF-ARX模型在温度系统建模中的应用  17-33
  2.1 温度控制对象介绍  17-20
  2.2 温度系统的非线性特征分析  20-21
  2.3 RBF-ARX模型在温度系统的应用  21-32
    2.3.1 RBF-ARX模型介绍  21-22
    2.3.2 RBF-ARX模型的结构  22-24
    2.3.3 RBF-ARX模型的辨识  24-28
    2.3.4 RBF-ARX模型的数据采集  28-29
    2.3.5 辨识结果分析  29-30
    2.3.6 ARX模型与RBF-ARX模型比较  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章 基于组态王的温度监控系统的开发  33-41
  3.1 组态王软件简介  33-34
  3.2 组态王与外部设备牛顿模块通信原理介绍  34-37
    3.2.1 牛顿模块与PC通信  35-36
    3.2.2 牛顿模块与组态王通信  36-37
  3.3 组态王上位机监控系统的开发  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章 基于RBF-ARX模型预测控制在温度系统中的仿真  41-53
  4.1 预测控制的理论基础  41-43
    4.1.1 预测控制的基本思想  41-43
  4.2 基于RBF-ARX模型的预测控制算法实现  43-50
    4.2.1 非线性预测控制算法原理介绍  43-45
    4.2.2 基于RBF-ARX模型的预测控制器设计  45-49
    4.2.3 基于RBF-ARX模型的预测控制算法在温度系统中的实现  49-50
  4.3 温度系统中基于RBF-ARX模型的预测控制算法的仿真结果  50-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 基于RBF-ARX模型预测控制在温度系统中的应用  53-65
  5.1 实时控制方案的选择  53-54
  5.2 基于RBF-ARX模型的预测控制在温度系统实时控制中实现  54-59
    5.2.1 Matlab和组态王的DDE通信原理  54-57
    5.2.2 Simulink平台下实现Matlab和组态王的DDE通信  57-58
    5.2.3 Simulink温度控制平台搭建  58-59
  5.3 温度实时控制效果与PID对比  59-63
    5.3.1 温度PID实时控制效果  59-61
    5.3.2 温度预测实时控制效果  61-63
  5.4 本章小结  63-65
总结与展望  65-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
攻读硕士期间主要的研究成果  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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