新型滚动时域优化预测控制与过程动态系统性能优化方法研究

This project will focus on the research of new model predictive control (MPC) with more degrees of freedom and optimization strategies of process dynamic system performance. The goal is to overcome the drawbacks of existing state space MPC when applied in industrial application, such as the contradiction between the fast requirement of state observer dynamic performance and the dynamic performance of state feedback controller, the difficulty in the coordination of process dynamic and steady performance, insufficient consideration of closed-loop dynamic performance optimization during controller design and the difficulty of further enhancement in the control accuracy and reliability in industrial applications. Based on our previous work, the following issues will be investigated. 1. New modeling and model predictive control (MPC) with more degrees of freedom based on process operation data optimization to overcome the contradiction of fast closed-loop system response and steady control accuracy. 2. Research on the relationship between the control parameters and the closed-loop robust stability and performance with tuning guidelines for these parameters. 3. Selection method of control parameters for closed-loop dynamic/steady performance optimization and guidelines for engineering controller designs. Research results will further enrich the theory development of state space MPC with potential applications in industrial process control for control enhancement.

主要研究新型多自由度状态空间模型的预测控制方法与过程动态系统性能优化策略。其目标在于克服已有状态空间模型预测控制在工业应用时的一些局限性，如状态观测器动态性能的快速性与状态反馈控制器动态性能的矛盾，过程动态性能与稳态性能难以综合协调、控制器设计过程未能充分考虑闭环系统动态性能优化、工业应用中控制精度与可靠性难以进一步提高等问题。基于课题组前期的研究积累，将进行如下主要问题研究：1. 基于过程运行数据的新型多自由度状态空间模型建模与滚动时域优化控制，克服传统控制方法在闭环系统快速响应与稳态精度方面的矛盾。2. 研究在过程/模型失配情形下闭环系统鲁棒稳定和鲁棒性能与控制参数的关系，给出控制器参数的整定原则。3. 给出闭环系统动态性能/稳态性能优化与控制器参数的选取原则，为工程控制器设计提供依据。项目产生的结果将进一步充实已有的状态空间模型预测控制理论，同时可在流程工业过程控制中得到一定的应用。

本项目主要研究新型多自由度状态空间模型的预测控制方法与过程动态系统性能优化策略，克服已有状态空间模型预测控制在工业应用时的一些局限性。主要研究：1. 基于过程运行数据的新型多自由度状态空间模型建模与滚动时域优化控制，克服传统控制方法在闭环系统快速响应与稳态精度方面的矛盾。2. 研究在过程/模型失配情形下闭环系统鲁棒稳定和鲁棒性能与控制参数的关系，给出控制器参数的整定原则。3. 给出闭环系统动态性能/稳态性能优化与控制器参数的选取原则，为工程控制器设计提供依据。上述研究内容的相关成果以研究论文形式发表在国际自动控制领域与化工相关期刊，其中SCI收录10篇，进一步充实了已有的状态空间模型预测控制理论，并为工业过程控制应用奠定了一定的基础。