动态矩阵预测控制软件
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摘要
预测控制是20世纪70年代中后期出现的一类新型计算机控制算法。它以预测模型为基础，采用二次在线滚动优化性能指标和反馈校正的策略，来克服被控对象建模误差和结构、参数等不确定性因素的影响，对复杂环境具有相当的适应能力，并具有控制效果好、鲁棒性强等优点。自产生以来，预测控制在工业过程控制中获得了大量成功的应用，引起工业控制界的广泛重视。
本文在对动态矩阵预测控制算法进行研究的基础上，开发了一套基于动态矩阵控制(Dynamic Matrix Control，简称DMC)的预测控制软件。该软件基于Windows环境，由模型辨识模块，DMC控制算法模块，控制器组态模块，仿真运行模块，实时控制模块组成，以面向对象的编程方法实现。该软件能够较好的辨识对象的数学模型，并对对象进行DMC控制仿真，以获取DMC控制器参数整定的范围，还提供了ODBC的接口，使软件与工控组态软件集成运行，从而实现对实际对象的实时控制。
本文还通过一个仿真实例说明软件的使用方法，并将软件产生的DMC控制器与力控组态软件对接，实现了电加热炉实时DMC控制。
Predictive control is a new type of computer algorithm appeared in the last 70's. It is based on the predictive model, and adopts online quadratic performance criteria of roll optimization and feedback correcting, which can reduce the modelling error and the uncertain effect of structure, parameters and circumstance. It has perfect control result and excellent robustness. It has achieved a great deal of successful applications in industrial process control since it appeared, and has drawn the attentions of industrial field.
This paper has developed a set of predictive control software based on dynamic matrix control (DMC). The software is based on windows environment and is made up of five modules: identification, DMC algorithm, controller configuration, simulation, and real-time control.
The software can identify the model of the process, and get the range
of parameters of the controller through simulation. It also provides a common interface of ODBC, which can connect the software with configuration software so as to realize real-time control.
This paper elaborates the instructions for the software through an example of simulation, and realizes the real-time DMC control for the three-section electric furnace through the integrately running of DMC controller produced by the software and ForceControl configuration software.
本文在对动态矩阵预测控制算法进行研究的基础上，开发了一套基于动态矩阵控制(Dynamic Matrix Control，简称DMC)的预测控制软件。该软件基于Windows环境，由模型辨识模块，DMC控制算法模块，控制器组态模块，仿真运行模块，实时控制模块组成，以面向对象的编程方法实现。该软件能够较好的辨识对象的数学模型，并对对象进行DMC控制仿真，以获取DMC控制器参数整定的范围，还提供了ODBC的接口，使软件与工控组态软件集成运行，从而实现对实际对象的实时控制。
本文还通过一个仿真实例说明软件的使用方法，并将软件产生的DMC控制器与力控组态软件对接，实现了电加热炉实时DMC控制。
Predictive control is a new type of computer algorithm appeared in the last 70's. It is based on the predictive model, and adopts online quadratic performance criteria of roll optimization and feedback correcting, which can reduce the modelling error and the uncertain effect of structure, parameters and circumstance. It has perfect control result and excellent robustness. It has achieved a great deal of successful applications in industrial process control since it appeared, and has drawn the attentions of industrial field.
This paper has developed a set of predictive control software based on dynamic matrix control (DMC). The software is based on windows environment and is made up of five modules: identification, DMC algorithm, controller configuration, simulation, and real-time control.
The software can identify the model of the process, and get the range
of parameters of the controller through simulation. It also provides a common interface of ODBC, which can connect the software with configuration software so as to realize real-time control.
This paper elaborates the instructions for the software through an example of simulation, and realizes the real-time DMC control for the three-section electric furnace through the integrately running of DMC controller produced by the software and ForceControl configuration software.
引文
[1] 席裕庚，预测控制，北京：国防工业出版社，1993．6
[2] 舒迪前，预测控制系统及其应用，北京：机械工业出版社，2001．1
[3] Richalet J, et al. Model Predictive Heuristic Control: Applications to Industrial Processes. Automatica, 1978, 14(5): 413～428
[4] Cutler C R, Ramaker B L. Dynamic Matrix Control——A Computer Control Algorithm.In: Proceedings of the 1980 Jiont Automatic Control Conference V.1. San Francisco: American Automatic Control Council, 1980.WP5-B
[5] 诸静等，智能预测控制及其应用，杭州：浙江大学出版社，2002．4
[6] 王桂增，王诗宓等，高等过程控制，北京：清华大学出版社，2002．3
[7] Basil Kouvaritakis, Mark Cannon, Nonlinear Predictive Control Theory and Practice, The Institution of Electrical Engineers, 2001
[8] 俞金寿，工业过程先进控制，北京：中国石化出版社，2002．2
[9] 王树青等，先进控制技术及应用，北京：化学工业出版社，2001
[10] 梅华，孙建平，模糊预测控制原理及其实现方法，上海大学学报，2001．10，7(5)：448～453
[11] 谢克明，马小军，模糊预测控制的实现形式，太原理工大学学报，1999．11，30(6)：576～579
[12] Y.L. Huang, Helen H. Lou, J. P. Gong, and Thomas F. Edgar, Fuzzy Model Predictive Control, IEEE TRANSACTIONS ON FUZZY SYSTEMS, 2000.12, 8(6): 665～667
[13] Martin Fischer, Martin Schmidt, katarina kavsek-Biasizzo, Nonlinear Predictive Control Based on the Extraction of Step Response Models from Takagi-Sugeno Fuzzy Systems, Proceedings of the American Control Conference, Albuquerque, New Mexico 1997. 6: 2878～2882
[14] http://www.aspentech.com
[15] http://www.acs.honeywell.com
[16] http://www.adersa.com
[17] http://www.supcon.com
[18] 褚健，王德康，苏宏业，先进控制软件包AdvanTrol-Hiecon及其工业应用研究，化工自动化及仪表，1997，24(6)：23～27
[19] 王朝辉，褚健，古勇等，一套面向过程工业的先进控制软件包及其应用，测控技术，2000，19(2)：24～27
[20] 陈绍东，张广凡，李成东，邵惠鹤，多变量约束控制在大型FCCU装置中的应用(上)——系统构成及功能概述，化工自动化及仪表，1999，26(2)：7～10
[21] http://eadmin.ia.ac.cn
[22] 科技部，科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南，2000
[23] 谢剑英，贾青，微型计算机控制技术，北京：国防工业出版社，2001．9
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[29] 方崇智，萧德云，过程辨识，北京：清华大学出版社，1988
[30] Lennart Ljung, System Identification Theory for the User(Second Edition)，北京：清华大学出版社，2002．1
[31] 高东杰，谭杰，林红权，应用先进控制技术，北京：国防工业出版社，2003．1
[32] 王修中，岳红，高东杰，二阶加滞后连续模型的直接辨识，自动化学报，2001，27(5)：728～731
[33] Xiuzhong Wang, Hong Yue, Dongjie Gao, Direct Identification of Continuous Models With Dead-Time/Zeros, ASCC'2000: 1709～1714
[34] Qing-Guo Wang, Xin Guo, Yong Zhang, Direct identification of continuous time delay systems from step responses, Journal of Process Control 11, 2001: 531～542
[35] 宋绍剑．基于PLC的模糊控制系统开发工具：[硕士学位论文]．南宁：广西大学电气工程学院，2001
[36] 余明兴，吴明哲，Borland C++ Builder 5实例精解，北京：清华大学出版社，2000
[37] 陈曦，姚普光，工业控制软件的面向对象开发技术，河北工业大学学报，1998，27(2)：107～113
[38] 王培进，范宝德，控制系统的面向对象分析与设计，计算机应用研究，2002．10：134～136
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[41] 钱积新，王慧，邵之江，控制系统的数字仿真及计算机辅助设计，杭州：浙江大学出版社，1995．5
[42] 徐家蓓，控制系统数字仿真，北京：北京理工大学出版社，1998．9
[43] 薛定宇，控制系统计算机辅助设计，北京：清华大学出版社，1996
[44] 黄柯棣等，系统仿真技术，长沙：国防科技大学出版社，1998．10
[45] 肖田元，张燕云，陈加栋，系统仿真导论，清华大学出版社，2000．7
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[49] 吴凤凰，基于工业PC的模糊控制系统开发工具：[硕士学位论文]，南宁：广西大学电气工程学院，2003
[50] Advantech Co., Ltd. PCL-813 User's Manual. Printed in Taiwan, 2000
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[44] 黄柯棣等，系统仿真技术，长沙：国防科技大学出版社，1998．10
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