“信息化与工业化两化融合研究与应用”丛书序 1
前言 1
第1章 工业控制系统性能评估概述 1
1.1 引言 1
1.2 控制器性能评估流程 4
1.3 控制器性能评估方法与技术 7
1.3.1 最小方差控制基准与Harris评估技术 7
1.3.2 LQG控制性能评估方法 11
1.3.3 用户自定义与基于历史数据的评估技术 17
1.3.4 先进控制系统经济性能评估 19
1.4 控制器性能评估工业应用 21
1.4.1 控制器性能评估工业实施步骤 21
1.4.2 工程化软件简介 23
1.5 结论 26
第2章 控制系统跟踪性能评估 28
2.1 性能度量 28
2.2 基于设定值相应数据的控制器评估 30
2.2.1 标准指标 30
2.2.2 评估方法 31
2.2.3 阶跃响应时延的确定 32
2.2.4 应用例子 35
2.3 闲置指标检测缓慢控制 36
2.3.1 控制迟滞的特征描述 37
2.3.2 闲置指标 37
2.3.3 操作条件和参数选择 38
2.3.4 示例 40
2.4 负载扰动抑制性能分析 42
2.4.1 方法 42
2.4.2 操作条件 44
2.4.3 示例 44
2.5 仿真研究比较 46
2.6 本章小结 47
第3章 基于初始闭环性能的单回路控制性能评估 49
3.1 引言 49
3.2 基于初始闭环系统的性能基准 49
3.2.1 最小方差基准 50
3.2.2 基于初始闭环系统的性能基准 51
3.2.3 两性能基准分析 52
3.2.4 仿真分析 53
3.3 新基准在多变量控制系统性能评估中的应用 55
3.3.1 交互矩阵与多变量最小方差控制 55
3.3.2 多变量系统性能基准 56
3.4 精馏塔过程分析 58
3.5 本章小结 60
第4章 PID单回路控制性能评估 61
4.1 引言 61
4.2 LTI系统PID控制回路的模型与输出方差 62
4.2.1 离散时间传递函数模型 63
4.2.2 脉冲响应矩阵模型 64
4.2.3 PID控制器参数与系统输出方差的关系 66
4.3 PID控制系统的最小可达输出方差 67
4.3.1 最小可达输出方差的传统描述方法 68
4.3.2 改进的问题描述 68
4.3.3 秩一约束与矩阵迹不等式约束分析 72
4.4 基于迭代凸规划的求解算法 74
4.4.1 罚函数法与非凸约束 74
4.4.2 算法步骤 76
4.4.3 算法的初始化与收敛性 76
4.5 仿真研究 78
4.6 本章小结 80
第5章 基于时滞信息的多变量控制性能评估 81
5.1 引言 81
5.2 基于时滞信息的性能基准估计 81
5.2.1 多变量最小方差基准的上界 81
5.2.2 交互矩阵的阶次 84
5.2.3 多变量最小方差基准的下界 85
5.3 仿真分析 87
5.4 本章小结 91
第6章 基于子空间方法的LQG性能评估 92
6.1 引言 92
6.2 子空间辨识方法 93
6.3 LQG性能指标 96
6.3.1 LQG性能基准定义 96
6.3.2 LQG问题的一般求解方法 97
6.4 基于子空间方法的LQG性能基准 98
6.5 精馏塔过程分析 101
6.6 基于LQG性能基准的控制器优化设计 103
6.6.1 粒子群优化算法 103
6.6.2 基于性能基准的LQG控制器设计 104
6.7 溶剂回收过程研究 106
6.8 本章小结 110
第7章 基于数据驱动的多工况过程控制性能评估 111
7.1 引言 111
7.2 基于协方差的数据驱动型的性能评估方法 112
7.3 正确选择性能基准数据的必要性 115
7.4 基于综合相似因子的多工况性能评估 116
7.4.1 PCA相似因子 117
7.4.2 几何距离相似因子 117
7.4.3 综合相似因子 118
7.4.4 多工况过程性能评估步骤 118
7.5 案例分析 119
7.5.1 仿真例子 119
7.5.2 工业例子 120
7.6 本章小结 122
第8章 模型不确定条件下预测控制经济性能评估 123
8.1 引言 123
8.2 MPC经济性能评估 124
8.3 模型不确定性及鲁棒线性规划 126
8.3.1 二次锥规划 126
8.3.2 鲁棒线性规划 126
8.4 模型不确定条件下的约束调整与方差调整 128
8.5 仿真分析 131
8.6 本章小结 133
第9章 基于多参数规划的MPC稳态层软约束优化处理 134
9.1 引言 134
9.2 问题描述 135
9.3 多参数线性规划 137
9.3.1 参数规划理论分析与算法 137
9.3.2 数值例子 143
9.4 基于多参数线性规划的MPC稳态目标计算的软约束处理 146
9.5 仿真分析 149
9.6 本章小结 151
第10章 线性多变量系统模型失配检测与定位 152
10.1 引言 152
10.2 MPC层模型失配检测 153
10.3 有外部激励信号的残差获取方法 156
10.4 无外部激励信号的残差获取方法 158
10.5 仿真实例 160
10.6 工业数据案例研究 165
10.7 本章小结 168
第11章 非线性多变量系统模型失配检测与定位 170
11.1 引言 170
11.2 预备知识 170
11.2.1 互信息的定义 170
11.2.2 互信息的估计 171
11.2.3 置信限的获取 172
11.3 模型失配检测 173
11.3.1 非线性相关的直观实例 174
11.3.2 模型失配检测与定位 176
11.3.3 模型失配定位 177
11.4 仿真实例 179
11.4.1 线性MPC控制器多变量系统 179
11.4.2 非线性MPC控制器多变量系统 180
11.5 工业应用 183
11.6 本章小结 185
第12章 基于迭代学习的工业双层模型预测控制性能优化 186
12.1 引言 186
12.2 经济性能评估的框架 187
12.2.1 经济性能评估问题描述 187
12.2.2 LQG经济性能评估存在的问题 189
12.3 ILC提升MPC控制系统经济性能的策略 190
12.3.1 基于ILC的经济性能设计（EPD）问题求解 190
12.3.2 改进方差的灵敏度分析 192
12.3.3 ILC的收敛性分析 196
12.4 仿真测试 197
12.4.1 单输入单输出系统 198
12.4.2 多输入多输出系统 201
12.5 本章小结 205
12.6 本章附录 205
参考文献 207
索引 217