工业控制过程经济性能评估的LQG算法设计

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摘要控制系统的经济性能评估是流程工业过程控制领域一个新兴研究热点,为控制工程师提供从经济效益角度评估当前控制系统控制品质的一种定量分析方法。选择合适的控制性能基准对于过程关键变量方差作出合理评估,是提高控制系统的经济性能评估结果可靠性的重要保证。相比已有经济性能评估算法大多数采用最小方差控制(MVC)性能基准,存在了对预测控制系统(MPC)性能评估结果的可靠性不高的问题,提出基于线性二次高斯控制(LQG)性能基准的经济性能评估的算法，通过数值计算的方法确定LQG性能基准曲线,把LQG基准和预测控制系统经济性能估计相结合,与现有评估算法相比,本算法提供了一种更加简单有效的评估方法,可以完成对包括预测控制在内的先进控制系统经济性能的评估。61559

毕业论文关键词经济性能评估 LQC性能基准

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Industrial process control LQG economic performance evaluation algorithm design

Abstract Assessment of the economic performance of the control system is the process of industrial process control an emerging research focus areas for the control of engineers from the economic point of assessing the current control system to control the quality of a quantitative analysis method. Select the appropriate benchmark for process control performance variance of key variables to make a reasonable assessment is to improve the economic performance of the control system is important to ensure the reliability of evaluation results. Compared to the existing economic evaluation algorithm in most cases, minimum variance control (MVC) performance benchmarks, there is a predictive control system (MPC) performance evaluation is not high reliability of the results is proposed based on linear quadratic Gaussian control (LQG) economic performance evaluation performance benchmark algorithm by numerical calculation method to determine the LQG performance benchmark curve, the LQG control system benchmarking and forecasting economic performance estimates are combined with the existing evaluation algorithms, the algorithm provides a more simple and effective assessment methods, including predictive control can be completed on advanced control system, including the assessment of economic performance.

Keywords Economic performance evaluation LQC performance benchmarks

1 引言 1

2 LQG性能基准 3

3 基于模型优化方法的经济性能评估 6

4 基于LQG准则的经济性能评估 7

5 基于LQG性能基准确定输入输出方差的关系式10

6 经济性能评估算法流程 12

7 仿真算例15

8 结论 17

9 致谢 18

10 参考文献19

1 引言

在过程控制领域,系统输出方差的大小往往反映了生产过程及其产品质量的诸多性能,是衡量控制系统经济性能的重要指标之一。因此,对系统关键变量方差的估计对于考察控制系统经济性能是一个关键步骤。经济性能评估的基本思路是:假定过程关键变量的方差(该变量和产品质量或经济指标直接相关)因为控制系统采取改进控制策略而减少,从而使控制系统的平均工作点向操作边界靠近,系统的经济效益可以在这个新的操作点得以实现。

近年来,众多学者提出了一系列基于控制系统方差估计的经济性能评估算法。文献[1]中总结了先进控制系统经济性能评估技术发展现状和未来研究热点。Martin[2]首先提出了基于方差的经济性能评估方法,并讨论了先进控制系统经济性能评估的基本流程。针对过程控制系统在升级或重新设计控制器结构时如何合理评估系统经济性能的问题,Latour提出了一种称为CLIFFENT的评估算法，该算法通过估计系统关键变量在改进控制策略情况下的方差变化来确定系统经济潜能(或潜在经济效益),但CLIFFENT算法没有考虑过程控制中存在约束的问题。在文献[3]中作者在CLIFFENT算法基础上进行了拓展并考虑过程操作约束,把性能评估问题用为一个机会约束优化问题来描述。在文献[4]中作者指出控制系统经济性能的提高,不仅是来源于系统关键变量方差的减少,降低控制系统的停工时间也是一个重要的因素。文献[5]提出一种在不同控制策略情况下应用统计分析手段估计关键变量方差变化的算法,该方法简化了经济性能评估过程。文献[6]基于最小方差控制(MVC)基准研究了有约束预测控制系统经济性能评估方法,并将经济性能评估问题转化为估计最优工作点的二次规划问题。该算法利用了线性矩阵不等式计算求解输入方差,最终得到有约束MPC控制器经济性能评估结果和控制器调节策略。文献综述