模型预测控制工程应用导论PDF电子书下载

第1章 模型预测控制概述 1

1.1先进过程控制 1

1.2模型预测控制的基本原理 2

1.2.1预测模型 2

1.2.2滚动优化 2

1.2.3反馈校正 4

1.2.4参考轨迹 4

1.3模型预测控制的应用场合 5

1.4模型预测控制的发展历史及趋势 6

1.4.1理论路线 6

1.4.2技术路线 7

第2章 工业过程的模型化 11

2.1工业过程的数学模型 11

2.1.1模型的含义 11

2.1.2时域模型与频域模型及信号谱 12

2.1.3动态模型与稳态模型 14

2.1.4工业过程的多输入多输出模型 17

2.1.5机理建模与系统辨识 19

2.1.6模型的可视化输出 20

2.1.7小结 21

2.2工业过程的测试 21

2.2.1工业过程的预测试（模型辨识环节） 21

2.2.2测试信号 22

2.2.3过程测试的几个原则 25

2.2.4数据采集 26

2.2.5数据预处理 27

2.3线性模型及辨识 28

2.3.1线性叠加原理与线性系统的卷积响应 28

2.3.2 FIR模型及辨识 29

2.3.3 FSR模型及辨识 36

2.3.4离散传递函数模型及辨识 40

2.3.5状态空间模型及辨识（简述） 44

2.3.6小结 45

2.4非线性模型与辨识 45

2.4.1非线性输入输出模型与辨识 46

2.4.2非线性状态空间模型与辨识 47

2.4.3非线性机理模型的建立 47

2.5本章总结 48

第3章 状态空间模型的辨识——子空间方法 49

3.1引言 49

3.1.1状态空间模型的一般描述 49

3.1.2 Kalman滤波 49

3.1.3子空间模型辨识的基本思想 51

3.2几何工具 52

3.2.1正交投影 52

3.2.2斜向投影 53

3.3子空间矩阵描述 54

3.3.1 Hankel矩阵 54

3.3.2系统矩阵 55

3.3.3系数矩阵 55

3.4子空间矩阵的线性回归方法 56

3.5子空间辨识算法基本步骤 57

3.5.1能观性矩阵／状态序列估计 58

3.5.2状态空间模型计算 59

3.6本章总结 60

第4章 工业过程实时优化技术 62

4.1引言 62

4.2过程优化基础 63

4.2.1过程优化的应用领域 63

4.2.2过程优化问题的数学模型 64

4.3化工过程实时优化技术 65

4.3.1化工过程实时优化技术特点与现状 66

4.3.2化工过程实时优化的关键技术 70

4.3.3化工过程实时优化的工程化 73

4.4本章总结 75

第5章 稳态目标计算方法 76

5.1引言 76

5.2稳态目标计算问题描述 77

5.2.1线性过程的稳态数学模型 77

5.2.2稳态目标计算的自优化方法 82

5.2.3稳态目标计算的目标跟踪方法 90

5.2.4稳态目标计算的推广 92

5.3稳态目标计算的可行性判定与软约束调整 92

5.3.1可行性判定与软约束调整的加权方法 93

5.3.2可行性判定与软约束调整的优先级方法 99

5.3.3软约束调整与优化目标的协调 108

5.4一种基于状态空间模型的稳态目标计算方法 109

5.5本章总结 110

知识链接1.数学规划与最优性条件 111

2.线性规划与二次规划 112

第6章 模型预测控制算法 115

6.1引言 115

6.2 DMC 116

6.2.1单变量DMC算法 116

6.2.2适用于一阶积分过程的DMC算法 119

6.2.3多变量DMC算法 123

6.2.4 QDMC 127

6.2.5集成稳态目标计算的DMC算法 129

6.2.6 DMC处理可测扰动的方法 130

6.3状态空间模型预测控制算法 131

6.3.1最优控制 131

6.3.2线性状态空间模型预测控制算法 133

6.4无静差线性模型预测控制的扰动建模方法 140

6.4.1模型预测控制问题描述 140

6.4.2不可测扰动的建模 141

6.4.3控制系统的可检测性 142

6.4.4状态估计 147

6.4.5被控变量的目标跟踪 148

6.4.6无静差控制 149

6.4.7仿真 150

6.4.8小结 154

6.5非线性模型预测控制算法 156

6.6模型预测控制稳定性的研究现状及常用方法 157

6.6.1几种典型的模型预测控制描述形式 157

6.6.2原始形式及Kleinman控制器的稳定性研究 160

6.6.3终端零约束和终端等式约束预测控制 161

6.6.4终端约束的放松和终端约束集 162

6.6.5终端代价函数的引入 164

6.6.6具有终端约束集和终端代价函数的稳定预测控制算法 164

6.6.7预测控制稳定性研究的常用方法 165

6.7总结 167

知识链接 控制系统的能控性、可镇定性、能观性、可检测性 167

第7章 模型预测控制工程化的更多细节 170

7.1模型预测控制工程化的一些实用方法 170

7.1.1模型预测 170

7.1.2非线性变换处理方法 172

7.2模型预测控制的项目实施流程 177

7.2.1效益分析与初步设计 177

7.2.2预测试 178

7.2.3动态响应测试与模型辨识 179

7.2.4控制器离线仿真与参数整定 179

7.2.5控制器投运与培训 179

7.2.6控制器维护 180

第8章 模型预测控制系统的性能评估 181

8.1引言 181

8.2控制系统性能评估的研究概述 183

8.2.1基于最小方差基准的性能评估方法 183

8.2.2性能评估的其他方法 186

8.3约束模型预测控制系统的性能评估 187

8.3.1概述 187

8.3.2最小方差控制器设计中的预测方法 187

8.3.3有限时域最小方差控制器 189

8.3.4约束最小方差控制器 191

8.3.5约束模型预测控制系统的性能评估 192

8.3.6小结 196

8.4模型预测控制关于变化性和约束调整的性能评估 196

8.4.1概述 196

8.4.2问题描述 198

8.4.3优化问题的求解 203

8.4.4一种系统性方法 206

8.4.5案例研究 207

知识链接 最小方差控制 209

8.4.6小结 210

第9章 讨论与总结 211

中英文对照表 213

参考文献 215