MLD模型三容水箱混杂系统仿真研究(4)

菜单

①变分法:是最早提出的解决优化控制问题的方法，利用极小值原理列出满足最优解的必要条件，利用数学方法，如解析法或者数值解法，得到一组解，比较每一个可能的解，得到系统的最优解。

②动态规划方法:核心是最优原理。最优化原理在数学上表达为HJB方程，能够建立最优控制与目标值函数的关系，一般为偏微分方程。动态规划方法构建函数，建立对象关系。它的缺点是处理维数较大的问题时会出现“维数灾难”。

③模型预测控制方法(MPC):又称为滚动时域控制，是目前最有效的处理多变量系统的约束最优控制问题的方法之一。最早的模型预测控制方法是通过在线求解混合整数规划问题，解决包含逻辑约束条件的动态系统的优化控制问题。它的缺点是需要反复的在线优化计算工作量。随后Bemporad有效的减少模型预测控制算法的在线计算工作量，即:离线时，根据多参数规划理论(把系统的状态向量看作参数向量)，对系统的状态空间进行划分，并计算得到对应每一状态空间区域的控制律；在线时，在每一采样时刻，根据当前系统状态，确定状态所处的区域，计算对应的控制律[5]。这种方法也有缺点,即离线计算复杂，计算得到的状态分区的数目过多，且在实现时增加了在线查表计算的工作量。

④分层递阶控制方法：将优化控制问题进行分解为连续变量空间和离散变量空间。外部考虑离散事件，对离散切换进行优化；内部则根据外部设定的离散切换模式来寻找最优的连续动态运动轨迹。

1.2 混杂系统研究意义及现状

1.3 混杂系统的应用

在混杂系统领域中，最近的研究兴趣和活动在一定程度上是基于离散事件系统、自适应控制以及数控领域的最优控制方法的研究和发展。混杂系统理论发展至今还有许多有待完善和丰富的地方，但现有理论已经有一部分在实际中得到了广泛的应用,包括已在电力系统[16]、空中交通控制、化工系统、机器人系统、制造系统、智能交通系统等领域得到了应用并且获得了显著的成效。此外在一些大规模的复杂的领域内，如生物分子网络、工业系统、互联网系统等也开拓发展出了光明的应用前景。混杂系统的实例很多，如汽车的计算机控制系统、飞机的平稳控制系统、数字控制器、机器人、蒸汽锅炉系统、过程控制等[17]。总的说来，混杂系统的研究尚处于开拓阶段，其理论基础和应用研究都是研究的热点。

1.4 本文主要研究内容及结构安排

第一章为绪论。介绍了混杂系统,包括混杂系统的定义、基本结构和特点,混杂系统的研究意义、研究内容、研究现状和应用，说明了本文的内容及结构。

第二章为三容水箱混杂系统简述。介绍了三容水箱混杂系统的控制系统组成和结构及三容水箱的研究意义。

第三章为基于HYSDEL三容水箱混杂系统MLD模型。介绍了HYSDEL语言和MLD模型,并建立了三容水箱混杂系统MLD模型。

第四章为基于MLD模型三容水箱混杂系统的预测控制。介绍了基于MLD模型的预测控制,设计了基于MLD三容混杂系统的预测控制器,并分析了三容水箱混杂系统预测控制器的稳定性。

第五章为三容水箱混杂系统仿真。给出仿真结果并对该结果进行分析。源.自/751·论\文'网·www.751com.cn/

2 三容水箱混杂系统简述

2.1 三容水箱混杂系统研究意义

三容水箱是较为典型的非线性、时延对象，工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成三容水箱的数学模型，具有很强的代表性，有较强的工业背景,对三容水箱数学模型的建立是非常有意义的。同时,三容水箱的数学建模以及控制策略的研究对工业生产中液位控制系统的研究有指导意义,例如工业锅炉结晶器液位控制等。而且,三容水箱的控制可以作为研究更为复杂的非线性系统的基础,具有较强的理论性,属于应用基础研究。同时,它具有较强的综合性,设计控制原理、智能控制、流体力学等多个学科。因而，对三容水箱的控制系统进行研究有重要的理论意义和实际应用价值。