预测控制和前馈控制在混凝投药中的应用
前馈反馈控制系统
前馈—反馈复合控制系统 摘要 流量是工业生产过程中重要的被控量之一，因而流量控制的研究具有很大的现实意义。锅炉的流量控制对石油、冶金、化工等行业来说必不可少。本论文的目的是锅炉进水流量定值控制，在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，自动控制技术，以实现对水箱液位的过程控制。首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。然后，根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。同时，通过对实际控制的结果进行比较，验证了过程控制对提高系统性能的作用。随着计算机控制技术的迅速发展，组态技术开始得到重视与运用,它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。 关键词：流量定值；过程控制；PID调节器；前馈控制；系统仿真
目录 一．前馈控制 1.前馈控制的定义 2.换热器前馈控制 二．前馈控制的特点及局限性 1.前馈控制的特点 2.前馈控制的局限性 三．反馈控制 1.定义
2.反馈控制的特点 四．复合控制系统特性 1.前馈-反馈复合控制原理 2.复合控制系统特点 五．小结 六．参考文献 一、前馈控制 1.前馈控制的定义 前馈控制（英文名称为Feedforward Control），是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。
2.换热器前馈控制 在热工控制系统中，由于控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间，可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统，显然，前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时的多。 前馈控制系统的工作原理可结合下面图1所示的换热器前馈控制进一步说明，图中虚线部分表示反馈控制系统。 图1换热器物料出口温度前馈控制流程图 t一定。当被加换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液，工艺上要求料液出口温度 1 热水流量发生变化时，若蒸汽量不发生变化，而要使出口温度保持不变，就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。这就是一个前馈控制系统。 图中虚线所示是反馈控制的方法，这种方法没有前馈控制及时。图1前馈控制系统的原理框图于图2所示。
预测控制的现状
预测控制的现状和发展前景 预测控制一经问世，即在复杂工业过程中得到成功应用，显示出强大的生命力，它的应用领域也已扩展到诸如化工、石油、电力、冶金、机械、国防、轻工等各工业部门。它的成功主要是由于它突破了传统控制思想的约束．采用了预测模型、滚动优化、反馈校正和多步预测等新的控制策赂，获取了更多的系统运行信息，因而使控制效果和鲁棒性得以提高。 预测控制的理论研究工作也取得了进展。比如采用内模结构的分析方法，为研究预测控制的运行机理、动静态待性、稳定性和鲁棒性提供了方便。运用内模结构的分析方法还可找出各类预测控制算法的共性，建立起它们的统一格式，便于对预测控制的进一步理解和研究。此外，将预测控制与自校正技术结合起来，可以提高预测模型的精度；减少预测模型输出误差，提高控制效果。但现有的理论研究仍远远落后于工业应用实践。从目前发表的文献来看，理论分析研究大多集中在单变量、线性化模型等基本算法上：而成功的工业应用实践又大多是复杂的多变量亲统；这表明预测控制的理论研究落后于工业生产实际；因此，如何突破现状，解决预测控制中存在的问题，对促进这类富有生命力的新型计算机控制算法的进一步发展有重要意义。下面就目前预测控制中存在的主要问题和发展前景作些探讨。 (1) 进一步开展对预测控制的理论研究，探讨算法中主要设计参数对稳定性、鲁棒性及其他控制性能的影响，给出参数选择的定量结果。 上述问题的主要困难是，由于采用以大范围输出预测为基础的在线滚动优化控制策略，使得预测控制闭环输入、输出方程非常复杂，其主要设计参数都足以蕴含的方式出现在闭环传递函数中，因而难以用解析表示式表示出各参数变化对闭环系统动、静态特性、稳定性和鲁棒性的影响，给出设计参数变化的选择准则。要突破这一点，还要做大量工作，需要探讨新的分析方法。 (2)研究当存在建模误差及干扰时，顶测控制的鲁棒性，并给出定量分析结果。 在设计控制系统时，对于建模误差及干扰等的影响，并未考虑在内。实际上，为了简化问题，常对模型作降阶处理及其他简化，对一些次要的动特性和外部扰动也予以忽略。在这种情况下，系统在运行过程中能否保证稳定，具有所期望的控制性能，并能保证到什么程度，这就是的“近年来所谓的“控制系统的鲁棒性”问题。所谓鲁棒性是指系统的稳定性及其性能指标对结构和参数变化的不敏感性，也就是当内部和外部条件变化时，系统本身仍然能保持性能良好的运行的鲁棒程度。鲁棒性分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性两种，稳定鲁棒件说明实际系统偏离设计所用数学模型，出现模型误差时，系统保持闭环稳定性的能力。性能鲁棒性是表示实际系统偏离设计所用数学模型时，系统保持满意性能的能力。虽然性能鲁棒性隐含着稳定的要求，但其着眼点不是集中在稳定性上，至今控制系统统的鲁棒性主要是研究稳定鲁棒性，因为稳定性是—个控制系统首先要保证的条件。 分析预测控制系统的稳定鲁棒性有一定难度。当过程模型采用非最小化的非非参数模型时，如MAC、DMC等，研究闭环系统的稳定鲁棒性涉及到高阶多项式稳定性的判别问题．且可调设计参数又隐含在闭环传递函数中，难于找出它们与稳定鲁棒性的定量关系，增加了分析的难度，当过程模型采用最小化的参数模型时，如GPR，GPP等，虽模型的参数个数少了，可大大降低闭环特征多项式的阶次，有可能定量地分所闭环系统的稳定鲁棒性。但因为采用了最小化的经简化后的低阶模型，没有包含在模型内的未建模动态和于扰等，在某些特定条件下有可能被激发，导致系统无法稳定运行，这其中所遇到的问题与研究自适应控制系统鲁棒性的问题相类似，解决这一问题，尚需进—步做工作。 当前，研究预测控制系统的稳定鲁棒性，除了继续从理论上进行探讨、研究新的分析方
前馈控制和反馈控制
前馈控制、反馈控制及前馈-反馈控制的对比 1、前馈控制属于开环控制，反馈控制属于负反馈的闭环控制 一般定值控制系统是按照测量值与给定值比较得到的偏差进行调节，属于闭环负反馈调节。其特点是在被控变量出现偏差后才进行调节；如果干扰已经发生而没有产生偏差，调节器不会进行工作。因此反馈控制方式的调节作用落后于干扰作用。 前馈调节是按照干扰作用来进行调节的。前馈控制将干扰测量出来并直接引入调节装置，对于干扰的克服比反馈控制及时。 现在以换热器控制方案举例，直观阐述前馈控制和反馈控制： 前馈控制方案 反馈控制方案 2、前馈控制系统中测量干扰量，反馈控制系统中测量被控变量 在单纯的前馈控制系统中，不测量被控变量，而单纯的反馈控制系统中不测量干扰量。 3、前馈控制需要专用调节器，反馈控制一般采用通用PID调节器 反馈调节符合PID调节规律,常用通用PID调节器、DCS等或PLC控制系统实现。 前馈调节使用的调节器是是根据被控对象的特点来确定调节规律的前馈调节器。 4、前馈控制只能克服所测量的干扰，反馈控制则可克服所有干扰 前馈控制系统中若干扰量不可测量，前馈就不可能加以克服。而反馈控制系统中，任何干扰，只要它影响到被控变量，都能在一定程度上加以
克服。 5、前馈控制理论上可以无差，反馈控制必定有差 反馈调节使系统达到动态稳定，让被调参数稳定在给定值附近动态变化，却不能使被调参数稳定在给定值上不动。 前馈调节在理论上可以实现无差调节。 6、前馈控制的局限性 A、在生产应用中各种环节的特性是随负荷变化的，对象动态特性形式多样性难以精确测量，容易造成过补偿或欠补偿。为了补偿前馈调节的不准确，通常将前馈和反馈控制系统结合起来组成前馈反馈控制系统。 B、工业对象存在多个扰动，若均设置前馈控制器，那设备投资高，工作量大。 C、很多前馈补偿结果在现有技术条件下没有检测手段。 D、前馈控制受到前馈控制模型精度限制。 E、前馈控制算法，往往做近似处理。
分层预测控制策略及其在工业过程中的应用研究
硕士学位论文 目录 摘要..................................................................................................................I ABSTRACT...........................................................................................................III 第1章绪论.. (1) 1.1课题研究背景及意义 (1) 1.1.1 研究背景 (1) 1.1.2 课题研究意义 (2) 1.2研究现状 (3) 1.2.1 优化控制技术研究 (3) 1.2.2 HMPC在提高经济效益方面的研究 (4) 1.2.3 HMPC在提高控制性能方面的研究 (5) 1.3本文研究内容 (5) 第2章 HMPC策略 (7) 2.1引言 (7) 2.2生产计划调度 (8) 2.3实时优化 (9) 2.3.1 线性规划 (11) 2.3.2 非线性规划 (12) 2.4模型预测控制 (13) 2.4.1 预测模型 (13) 2.4.2 滚动优化 (14) 2.4.3 反馈校正 (15) 2.5本章小结 (15) 第3章基于单一模型的分层预测控制策略研究 (17) 3.1引言 (17) 3.2单一模型的分层预测控制结构 (17) 3.3目标优化 (18) 3.3.1 目标函数LP优化计算 (19) 3.3.2 目标函数SQP优化计算 (20) 3.4动态控制器设计 (21) 3.5仿真研究 (21) 3.5.1 模型的建立 (21) 3.5.2 目标优化 (23) 3.5.3 控制器设计 (26) 3.6本章小结 (30)
全面预算管理前馈控制指标制定的思考
全面预算管理前馈控制指标制定的思考 濮知微 上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金项目项目资助（sdj09006） 摘要文章介绍了企业集团全面预算管理中预算指标制定中存在的一些主要问题，并提出了改进、解决这些问题的一些办法。制定出有效的预算指标，是企业集团全面预算管理切实有效的必要条件。 关键词全面预算管理前馈控制预算指标 一、全面预算管理中前馈控制指标制定的重要性 全面预算管理是企业集团对未来整体经营规划的总体安排,是一项能帮助管理者进行计划、协调、控制和业绩评价的重要的管理手段。全面预算管理包含了“全员、全额、全程”的意思。企业集团在制定全面预算的过程中是全员发动，将预算目标层层分解，并将企业资源在集团各部门之间协调分配。全面预算不仅包括财务预算，还包含业务预算（即销售和生产预算）和资本预算。现代企业预算管理不仅停留在预算指标的下达、预算的编制和汇总上，更重要的是要通过预算的执行和监控、预算的分析和调整、预算的考核与评价,真正发挥预算管理的权威性和对经营活动的指导作用。 全面预算管理在我国企业集团的应用已较普遍，但在实践中仍存在着许多问题，诸如预算编制不合理、预算编制与预算执行“两张皮”等现象。笔者认为，全面预算管理实践的成功必须首先在预算编制之前下功夫，摸清情况，找准症结，制定科学的指标基数才能为后继过程的有效性奠定基础。 所谓前馈控制是利用所能得到的最新信息，进行认真、反复的预测，把计划所要达到的目标同预测相比较，并采取措施修改计划，在出现问题的临界点之前就发现问题，事先制定纠偏措施，将问题解决在萌芽状态的一种控制手段。预算前馈控制是保障企业集团全面预算管理有效实施、维护集团管理控制体系有效运转与和谐发展的重要保证。前馈控制的重要目标就是制定科学的预算指标即预算基数。 二、从全面预算管理现状看预算指标制定存在的问题 根据对集团公司的调查，总部给下级分公司下达的预算任务大多是以上一财务年度的发生额为基数，在这个基数上叠加10% - 20%就是下一年度的任务指标。下级企业员工往往都打着自己的“小算盘”，设法把部分可以在本年度确认的业绩递延到下一年度。如果把超额的业绩带入本年，那么上级就会给自己下达更多的次年任务指标，这无疑于给自己多增加了一个包袱，这笔帐太吃亏。同样道理，总部划给下级分公司的费用预算大多也是参照上一财务年度的发生额。本年已划拨的预算费用若未花完，则下年总部很可能会缩减经费预算额度。于是，为了保住下一年的可支配费用，各部门在临近年关之时增加了许多不必要的开支，目的就是把没有用完的经费预算全部花光，而不是为企业集团未来的经济利益服务。 在实地访谈中笔者还发现，许多公司中高层管理人员对于集团战略的阐述并不清晰，对于部门预算目标的描述都是定性的，缺乏明确的量化数据。在企业集团战略指导不明确的情况下搞全面预算管理,制定出的预算指标往往会忽视远期目标 ,使指标只有短期效应，各年度、季度和月份预算的推行无助于企业集团长期发展目标的实现。在部门预算缺乏量化数据的情况下，考核与激励机制就难以落实到位。 另外，个别企业集团的预算与实际销售、生产经营活动相脱节，企业编制的预算缺乏必要的客观性,仅凭上一年度或过去年度的指标值为基础，甚至通过拍脑袋确定下一年度的预算指标值,而没有认真地对企业未来销售、生产经营情况作认真的分析研究。如果宏观经济
考研管理学解析：前馈控制
考研管理学解析：前馈控制 前馈控制指通过观察情况、收集整理信息、掌握规律、预测趋势，正确预计未来可能出现的问题，提前采取措施，将可能发生的偏差消除在萌芽状态中，为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措施。 前馈控制发生在实际工作开始之前，是未来导向的。质量控制培训项目、预测、预算、实时的计算机系统都属于前馈控制。前馈控制是管理层最渴望采取的控制类型，因为它能避免预期出现的问题，而不必当问题出现时再补救。 就一般而言，管理中采取的控制可以在行动开始之前、进行之中或结束之后进行，称为三种控制模型。第一种称为前馈控制或预先控制；第二种称为同期控制或过程控制；第三种称为反馈控制或事后控制。 前馈控制是在企业生产经营活动开始之前进行的控制，是一种开环控制。管理过程理论认为，只有当管理者能够对即将出现的偏差有所觉察并及时预先提出某些措施时，才能进行有效的控制，因此前馈控制具有重要的意义。 前馈控制采用的普遍方式，是利用所能得到的最新信息，进行认真、反复的预测，把计划所要达到的目标同预测相比较，并采取措施修改计划，以使预测与计划目标相吻合。到目前为止运用的比较先进的前馈控制技术之一是计划评审法，或称网络分析法。它可以预先知道哪些工序的延时会影响到整个工期，在何时会出现何种资源需求高峰，从而采取有效的预防措施与行之有效的管理办法。 实施：1)对计划与控制系统作认真深入的分析； 2)建立该系统的物理模型或因果关系分析图； 3)随时对上述模型进行补充、修正、完善、使之更符合实际； 4)通过调查、预测，把变化的环境参数输入模型中，观查、分析其影响及偏差信息； 5)根据事前的备选方案，结合实际情况，采取相应的纠编措施。 要求：一是要有大量的、准确的、有代表性的信息以便准确预测； 二是要有科学的、经过实践检验的预测模型； 三是要充分了解控制过程并将其透视为“白箱”的能力； 四是要对过程变化高度敏感；
预测控制进展及其应用研究
预测控制进展及其应用研究! 胡国龙孙优贤 "浙江大学工业控制技术国家重点实验室#浙江大学工业控制研究所杭州$%&&’() *+,*-./0*-+*1123.*435-6/0/*6.75-16/+3.43,/.5-4652 89:9;<;=>?9=@;9A B C= "D C E B;=C
前馈反馈控制系统指导书
四、实验内容与步骤 本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F2-1、F2-5全开，将阀门F1-10、F1-11开至适当开度(阀F1-10>F1-11)，其余阀门都关闭。 具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。 （一）、智能仪表控制 1．将SA-11挂件、SA-12挂件、SA-14挂件挂到屏上，并将SA-12挂件的通讯线接头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“FT2变频器支路流量”、“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。SA-14上比值器的调节旋钮放在最小的位置。 图7-4 仪表控制下水箱液位前馈-反馈控制实验接线图 2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器及涡轮流量计上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。 3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进
入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验二十一、下水箱液位前馈反馈控制系统”，进入实验二十一的监控界面。 4．设定工作点（u0，h0）。在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个中间合适的值（例u0=50%），此操作也可通过调节仪表实现。 5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，通过调节F1-10、F1-11的开度，使下水箱的液位平衡于一个中间合适的值（例h0=8）。 6．设置智能仪表的输出值为100%，观察下水箱液位的稳态值hmax，则在以下实验中，设定值不能超过hmax。若hmax>18，则重新设定u0=50%，转5重新调整。 7、在工作点（u0，h0）处，用开环整定法整定静态前馈放大系数K F。即令U0保持不变，开启变频器，以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰（要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定），由小到大调节SA-14上比值器的旋钮，观察前馈补偿的作用，直到液位基本回复到h0。静态放大系数的设置方法可用万用表量得比值器输入输出电压之比即可。 8．关闭变频器，SA-14上的调节旋钮保持不变。 9、将调节器切换到“自动”状态，按单回路的整定方法整定调节器参数，并按整定得到的参数进行调节器设定。 10．待液位平衡后（u1，h1），打开阀门F2-4或F2-5，合上单相Ⅱ电源空气开关启动变频器支路以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰（要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定），记录下水箱液位的响应过程曲线。 11．关闭变频器，用单回路控制使回复到工作点（u1,h1）。 12、将“FT2变频器支路流量”钮子开关拨到“OFF”的位置，即去掉前馈补偿，构成双容水箱液位定值控制系统。重复步骤10，用计算机记录系统的响应曲线，比较该曲线与加前馈补偿的实验曲线有什么不同。 请及时拍照记录曲线！ 下水箱压力传感器有问题，可改用上水箱和中水箱，阀的开闭以及被控变量应做相应改变。请思考：用上水箱和中水箱串联作为被控对象与用中水箱和下水箱串联作为被控对象，哪个更容易控制，为什么？ 用阀门F2-4和F2-5加入扰动有何区别？
前馈—反馈复合控制系统
目录 课程设计任务书 一、前馈—反馈复合控制系统 1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念 (3) 1.2、概念的理解 (3) 1.3、前馈—反馈系统的组成.........................................3—4 1.4、前馈—反馈复合控制系统的特点.. (4) 1.5、前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的设计 (4) 二、控制系统的硬件设计 2.1、S7—300系统组成 (4) 2.2、CPU315—2DP (4) 2.3、模式选择开关…………………………………..…….4—5 2.4、状态及故障显示 (5) 三、控制系统的软件设计 3.1、硬件组态 (5) 3.2、工程管理器的使用 (6) 3.3、新建工程....................................................6—9 3.4、组态监控画面. (9) 3.5、组态变量……………………………………………9—10 3.6、软件编程…………………………………………..10—15 3.7、实验结果分析……………………………………….15—17 四、控制系统的调试 五、实验总结
一、前馈—反馈复合控制系统 1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念 前馈—反馈复合控制系统：系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在对被调量采用反馈控制以克服其他的干扰信号，这样的系统就是前馈—反馈复合控制系统。 1.2、概念的理解： （1）复合控制系统是指系统中存在两种不同的控制方式，即前馈、反馈（2）前馈控制系统的作用是对主要的干扰信号进行补偿，可以针对主要干扰信号，设置相应的前馈控制器 （3）引入反馈控制，是为了是系统能够克服所有的干扰信号对被调量产生的影响，除了已知的干扰信号以外，系统中还存在其他的干扰信号，这些扰动信号对系统的影响比较小，有的是我们能够考虑到的，有的我们肯本就考虑不到或是无法测量，都通过反馈控制来克服。 （4）系统中需要测量的信号既有被调量又有扰动信号。 1.3、前馈—反馈系统的组成 前馈—反馈复合控制系统主要由一下几个环节构成 （1）扰动信号测量变送器：对扰动信号测量并转化统一的电信号 （2）被调量测量变送器：对被调量测量并转化统一的电信号 （3）前馈控制器：对干扰信号完全补偿 （4）调节器：反馈控制调节器，对被调量进行调节 （5）执行器和调节机构 （6）扰动通道对象：扰动信号通过该通道对被调量产生影响 （7）控制通道对象：调节量通过该通道对被调量进行调节 前馈—反馈复合系统的原理方框图如图所示 前馈—反馈复合控制系统的原理图（1） 为了方便分析，通常将前馈—反馈复合系统的原理图简化为下图
基于智能计算的预测控制及应用
基于智能计算的预测控制及应用 摘要：随着现代工业的飞速发展，工业系统的复杂度大幅提高，针对复杂非线性时滞系统，现有传统的预测控制技术很难实现对其控制。本文的研究目标是标是将神经网络、遗传算法、预测控制三种理论相互结合，将神经网络作为非线性系统的辨识方法，并使用遗传算法对预测控制滚动优化，以实现基于智能计算的预测控制。 关键词：预测控制；遗传算法；神经网络 本文的研究思路是针对加热炉炉温控制系统复杂的非 线性、大时滞、多干扰的特性，采用基于智能计算的预测控制技术，以实现控制。首先，结合神经网络的特性，利用神经网络辨识非线性系统，构建预测模型；其次，依据遗传算法能够借助搜索机制的随机性实现对搜索问题域全局最优 解的特点，采用遗传算法来实现滚动优化；再此基础上，通过对预测控制、神经网络、预测算法组合成为一个优良的控制方案；以加热炉燃料气流量为控制对象，加热炉的出口温度为被控对象，用MATLAB软件进行仿真，求证本文基于智能计算预测控制的良好控制性能，通过本文深入研究预测控制理论，并将其应用在解决非线性时滞系统的建模及控制等问题上，对实际工业生产具有重要的理论价值和现实意义。
一、加热炉炉温影响因素 对加热炉系统炉温控制相对较难，为了实现对加热炉系统炉温的稳定控制，首先应考虑影响加热炉炉温的因素。影响加热炉炉温的因素主要有一下四个方面。 （1）燃料气流量的影响；（2）加热炉炉膛压力的影响；（3）空燃比变化的影；（4）产量波动的影响 二、加热炉预测控制方案 如图1，利用离线数据对神经网络预测模型进行训练，使其逐渐趋向实际对象，即加热炉炉温；用反馈校正环节来校正与的误差；用炉温优化控制器优化预测模型参数，并根据与的差计算最优控制量，修正预测模型，以提高炉温预测模型的预测精度，实现对加热炉炉温的预测控制。 三、加热炉预测控制模型 式（5）乘以权值，得到输出层的输入： 经计算得到输出层的输出为： 利用神经网络进行建模的本质就是，将系统的输入输出关系反映在神经网络的连接权值上，使训练好的神经网络的输出逼近实际的输出。 2. 加热炉神经网络预测控制模型（NNP） 在对加热炉炉温控制系统建模时，由于加热炉是分布式参数系统，故需对其进行分段建模。由于BP神经网络具有多种优点，故本文在建立加热炉炉温预测控制系统时，采用
预测PID控制算法的基本原理及研究现状
预测PID控制算法的基本原理及研究现状 邵惠鹤任正云 邵惠鹤先生，上海交通大学自动化系教授；任正云先生，博士。 关键词：模型预测控制预测PID控制算法 在现今全球竞争日益激烈的市场环境下，通过先进控制获取经济效益来提高企业竞争力，已成为一种趋势。据有关文献报道(薛美盛等， 2002)，各种不同石油化工装置实施先进控制后，其每年净增效益如表1所示。虽然各公司所报出的年效益有所不同，但其数据出入不大，而实施先进控制所需成本只占其产生效益的很小一部分比例。 国外发达国家经验表明(孙德敏等， 2003)：采用先进控制理论和过程优化将增加30%的投资，但可提高产品层次和质量，降低能源和原材料消耗，从而增加85%的效益，如图1所示。投资70%的资金购置DCS，换来的是15%的经济效益；再增加30%的投资，可以换来85%的经济效益。其中增加的8%用于传统的先进控制(TAC)，得到的经济效益是8%；增加的13%用于预测控制(DMC)，得到的经济效益为37%；增加的9%用于在线闭环优化(CLRTO)，换来的经济效益是40%！因此，实施先进控制与优化是不用投资的技术改造。 然而，控制理论本身也面临着一些问题和困难，需要不断改进和提高。尽管大量新的控制算法不断涌现，但常规的PID及改进的PID控制算法仍广泛应用于工业控制领域。一些先进控制算法专用性强、适应性差、鲁棒性能差、算法复杂、实施和维护成本高，这些都限制了它们的推广和发展。据日本控制技术委员会(SICE)对110家企业和150位控制工程师调查显示(Huruo, 1998)，近20年来，工业界迫切需要解决的控制难题分别是：大滞后、强耦合、时变、严重干扰以及非线性对象的控制，这些问题始终都没有得到切实有效的解决。部分先进控制理论理论性太强，实际应用需做大量的改进和简化，使先进控制具备鲁棒性是当前重要的发展方向。 在先进控制技术中，最有应用前途的是模型预测控制，该技术经历了4代发展，已非常完善和成熟了。第一代模型预测技术以DMC(Cutler, 1979)和IDCOM(Richalet, 1978)两种商业产品为标志；QDMC(Garcia, 1986)标志着第二代
前馈反馈水箱控制系统
实用文案 课程设计 名称：前馈反馈水箱控制系统 系别：电气与电子工程系 专业：自动化 姓名：******* 学号：******** 指导教师：*******
河南城建学院 2010年12 月30 日·成绩评定· 指导教师评语：
课程设计成绩评定 目录 一设计方案的介绍 (4) 二、工艺流程 (5) 三、前馈反馈控制的理论 (5) 四、设仪器仪表的选型 (5) 1、控制装置的选择 (5) 2、监测仪表 (6) 3、控制阀的选型 (6)
五、测量与控制端连接表 (7) 六、参数的整定 (7) 1、静态放大系数K F的整定 (7) 2、控制器参数的选择 (8) 七、总结 (9) 八、参考文献 (10) 九、附录 一设计方案的介绍 设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动，前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正，达到要求的控制精度。被控变量为水箱的液位，控制变量为水的流量。 采用两个支路，其中第一个支路为主回路，包括一个水泵（采用变频器变频控制电机模拟流量扰动），涡轮流量计；第二个支路为控制补偿回路，包括一个水泵（输出流量恒定），电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟，而且支路一流量可以准确的测
量，需要一个PID 控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接，实现对控制阀的控制。 二 工艺流程 水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。 一号水泵作为动力源给水的输送提供动力，进入水箱。并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。 二号水泵为补偿回路提供动力，为水箱提供水补偿。当扰动产生后，通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。 前 馈 反 馈 系 统 结 构 框 图 1 前 馈 反 馈 控 制 系 统 原 理 图 2
预测控制策略应用及自控设计工作汇总
预测控制策略应用及其自控设计工作 摘要：当前,APC控制策略在流程工业生产中发挥的作用日益受到人们的关注。但是由于种种原因,在新建工程项目中还很少应用APC。本文在简要介绍预测控制原理、预测模型、应用实例的基础上,阐述在新建化工装置中对关系到节能降耗、保质增产自动控制系统应用APC的必要性与可行性,并推荐应用预测控制策略及典型的离散卷积预测模型与神经网络预测模型。对于应用APC的工程项目,提出工程设计初期自控专业设计工作内容的建议。 摘要：APC控制策略预测控预测模型离散卷积模型神经网络模型设计理念 Application of prediction control strategy and instrument design work A bstract：At present, the function of APC control strategy displayed in process industry has attracted more and more attention, but for various reasons, the application is still few in the new project. This article will base on the brief introduction of prediction control principle, prediction model and application examples to expound the necessity and feasibility of using APC in some control system concerned with energy saving, quality guarantee and production increasing in new chemical plant. At same time, this article recommends to use the prediction control strategy, typical discrete convolution model and neural network prediction model in practice. This article also advises the work content concerned with instrument engineer during the preliminary engineering stage when a project will use APC. K ey words：APC control strategy, prediction control, prediction model, discrete convolution model, neural network model, design idea 先进过程控制(Advanced Process Control-APC)技术在流程工业中发挥的改进生产操作、提高产品产量与质量、节能降耗减排、保障生产安全等的作用，日益受到人们的关注。从目前流程工业中应用APC的实例来看，大多数是已建成生产装置的技术革新、技术改造实例，并且是由生产装置厂家与APC硬/软件供方共同开发出来的。由于种种主、客观条件的制约，新建工程项目在工程设计中还很少应用APC技术。 工程项目应用APC涉及到工程设计单位、生产企业、APC硬/软件供方等三方的工作。显而易见，如果在工程设计阶段没有按生产需要制订应用APC方案，生产企业、APC硬/软件供方也就没有应用APC的依据。项目建成后“何时应用APC”，将是一个不确定性的问题。这样一来，因没有适时应用APC，而对企业生产与经济效益造成或多或少影响是不言而喻的。
预测控制
1.1 引言 预测控制是一种基于模型的先进控制技术，它不是某一种统一理论的产物，而是源于工业实践，最大限度地结合了工业实际地要求，并且在实际中取得了许多成功应用的一类新型的计算机控制算法。由于它采用的是多步测试、滚动优化和反馈校正等控制策略，因而控制效果好，适用于控制不易建立精确数字模型且比较复杂的工业生产过程，所以它一出现就受到国内外工程界的重视，并已在石油、化工、电力、冶金、机械等工业部门的控制系统得到了成功的应用。工业生产的过程是复杂的，我们建立起来的模型也是不完善的。就是理论非常复杂的现代控制理论，其控制的效果也往往不尽人意，甚至在某些方面还不及传统的PID控制。70年代，人们除了加强对生产过程的建模、系统辨识、自适应控制等方面的研究外，开始打破传统的控制思想的观念，试图面向工业开发出一种对各种模型要求低、在线计算方便、控制综合效果好的新型算法。这样的背景下，预测控制的一种，也就是模型算法控制（MAC -Model Algorithmic Control）首先在法国的工业控制中得到应用。同时，计算机技术的发展也为算法的实现提供了物质基础。现在比较流行的算法包括有：模型算法控制（MAC）、动态矩阵控制（DMC ）、广义预测控制（GPC）、广义预测极点（GPP）控制、内模控制（IMC）、推理控制（IC）等等。随着现代计算机技术的不断发展，人们希望有一个方便使用的软件包来代替复杂的理论分析和数学运算，而Matlab、C、C++等语言很好的满足了我们的要求。 1.2 预测控制的存在问题及发展前景 70年代以来，人们从工业过程的特点出发，寻找对模型精度要求不高，而同样能实现高质量控制性能的方法，以克服理论与应用之间的不协调。预测控制就是在这种背景下发展起来的一种新型控制算法。它最初由Richalet和Cutler等人提出了建立在脉冲响应基础上的模型预测启发控制（Model Predictive Heuristic Control,简称“MPHC”）,或称模型算法控制(Model Algorithmic Control，简称“MAC”)；Cutler等人提出了建立在阶跃响应基础上的动态矩阵控制(Dynamic Matrix Control，简称“DMC”)，是以被控系统的输出时域响应(单位阶跃响应或单位冲激响应)为模型，控制律基于系统输出预测，控制系统性能有较强的鲁棒性，并且方法原理直观简单、易于计算机实现。它的产生并不是理论发展的需要，而是在工业实践过程中独立发展起来，即实践超前于理论它一经问世就在石油、电力和航空等领域中得到十分成功的应用。之后，又延伸到网络、冶金、轻工、机械等部门或系统。80年代初期，人们为了增强自适应控制系统的鲁棒性，在广义最小方差控制的基础上，吸取预测控制中的多步预测、滚动优化思想，以扩大反映过程未来变化趋势的动态信息量，提高自适应控制系统的实用性。这样就出现了便于辨识过程参数模型、带自校正机制、在线修改模型参数的预测控制算法,主要有Clarke等提出的广义预测控制(GPC) Do Keyser的扩展时域预测自适应控制(EPSAC),广义预测极点配置控制(GPP)。Brosilow于1978年提出推理机制(1C), Garcia. Norari 于1982年提出内部模型控制(简称内模控制，IMC )，从模型结构的角度对预测控制作了更深入的研究，分析出预测控制具有内模控制的结构。应用内模控制结构来分析预测控制系统，有利于理解预测控制的运行机理，分析预测控制系统的闭环动静态特性、稳定性和鲁棒性，找出各类预测控制算法的内在联系，导出它们的统一格式，有力推动了预测控制在算法研究、稳定性鲁棒性的理论分析和应用研究上的发展。但实际上，预测控制的理论还是落后于其实
预测控制1
分数: ___________华北电力大学研究生作业 学年学期： 课程名称：预测控制 学生姓名： 学号： 提交时间：
目录 引言 (1) 1.预测控制 (2) 1.1.单步预测控制 (2) 1.2.多步预测控制 (4) 1.2.1.对差分方程的思考 (5) 1.2.2.差分方程与传递函数关系 (6) 2.内膜控制(IMC) (7) 2.1.基本原理 (7) 2.1.1.模型获取 (7) 2.1.2.控制器计算 (7) 2.1.3.性质 (8) 2.2.基于IMC的PID设计 (9) 2.2.1.IMC变形 (9) 2.2.2.IMC控制器与PID控制器的联系 (9) 2.3.效果 (10) 3.动态模型控制（DMC） (10) 附录A (13) 附录B (16) 附录C (20) 附录D (22)
引言 本学期开了新的一门控制学科——预测控制，预测控制是一种基于模型的先进控制技术，它源于工业实践，最大限度地结合了工业实际地要求，并且在实际中取得了许多成功的应用，是一类新型的计算机控制算法。因为工业生产的过程相当复杂，通过“黑白箱”建立起的模型并不完善，即使使用理论非常复杂的现代控制理论，其控制效果往往也不尽如人意，甚至在某些方面还不及传统的PID 控制。随后通过老师课堂上对预测控制学科的介绍和讲解，我们渐渐认识到了这门新的学科，它不同与之前学过的PID控制器的思想，也和前馈系统控制思想有很大的不同，预测控制采用多步预测、滚动优化和反馈校正等控制策略实现控制被控对象，适用于控制不易建立精确数字模型并且比较复杂的工业生产过程。并且由于当今计算机技术的快速发展，Matlab、C、C++的出现极大的方便了我们的理论分析和数学运算。 本课程一方面通过老师课堂上的讲解，另一方面通过课下练习老师布置的习题，一步一步的深入了解了预测控制的原理和运行机制。
前馈反馈控制系统
目录 一、前馈控制系统设计 1、前馈控制系统选择原则 1.1 扰动量可测不可控原则 (2) 1.2 控制系统精确辨识原则 (2) 1.3被控系统自衡原则 (3) 1.4 优先性原则 (3) 1.5 经济性原则 (4) 2、工程整定 2.1 整定的总体原则 2.1.1 稳定性 (4) 2.1.2快速性 (5) 2.1.3 反馈控制的静差 (5) 3、前馈-反馈复合系统工程整定 (5) 二、实例仿真 (6) 2.1前馈控制系统整定 (7) 2.2反馈控制系统前向通道稳定性分析 (7) 2.3、反馈控制系统整定 (8) 2.4、系统仿真 (9) 三、心得体会 (11) 四、参考文献 (12) 一、前馈控制系统设计
1.1 前馈控制系统选择原则 前馈控制系统的选择主要有一下原则： 1.1.1 扰动量可测不可控原则 扰动量的可测性是补偿的前提条件，不可测的扰动量无法设计前馈补偿器。如果干扰可控，则可通过控制方法消除扰动对系统的影响，而没有必要采用前馈这种迂回的方式，在被控系统“腹中”消除干扰的影响了。 例如在很多过程控制中，温度是一个主要干扰源。温度可以测量（直接测量或间接测量），满足可测条件。而在某些环境如实验室中，温度可以通过空调等进行调节（不满足不可控条件），将温度对控制对象的影响降到最低，这时就没有必要对温度采取前馈控制方式消除影响了。 而在很多现场情况下（如被控对象在室外等），温度不易调节（满足不可控条件），这时应采取前馈控制方式消除由于温度对系统的影响。 1.1.2 控制系统精确辨识原则 控制中的每一个环节的传递特性都应能精确辨识。作为开环控制，构成前馈控制系统中的任何一个环节都应尽可能准确，因为开环控制系统中的任何一环节对系统的控制精确度都有一定影响。相比之下，闭环控制对系统中环节的要求要“松”得多。 1.1.3被控系统自衡原则