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模型预测控制集模型预测、滚动优化和反馈校正于一体,成为现代工业中最为流行的一种先进控制策略;而设备故障、外界干扰等众多因素会导致控制系统性能下降,危害生产效益和生产安全。因此,对控制系统进行性能评价具有极其重要的意义。
首先,介绍基于相关分析理论的性能评价方法,通过引入数学中的自相关函数、互相关函数以及“邻域”的相关知识,针对SISO系统,验证利用输入作用序列和输出偏差序列之间的互相关系数函数可以表述模型失配问题;接着针对MIMO系统中存在的“耦合”的问题,提出引入外界激励信号的方法,验证输出偏差和外界激励信号之间的互相关系数函数可以用来表述模型失配问题。通过数据采集,性能指标函数计算,性能曲线绘制等步骤实现系统性能的评价。
接着,介绍基于协方差理论的系统性能评价方法,定义系统的性能指标为两随机序列的协方差之比。接着,将协方差之比的性能指标转换为特征值的分析,并验证了评价指标的不变性;然后引入方差的统计特性,计算相关特征值、相应的性能区间和子空间内的性能评价指标,可以根据求得的性能指标判断系统性能优劣的程度,皆可在仿真图中直观表示。
最后,采用子空间理论,通过系统的历史输入输出数据构造系统子空间Hankel矩阵,从而设计LQG控制器,计算基于线性二次高斯的性能评价标准。首先针对预测时域和控制时域不同的Shell分馏塔控制系统计算相应的性能指标,绘制出相关的性能曲线图,将控制器设计和性能评价集中在同一个结构框架中,从而绘制出性能评价曲线来判断系统的性能;接着针对模型失配问题计算性能指标,判断系统性能的优劣。
上述三种方法都在Shell重油分馏塔上进行了仿真,通过系统仿真图直观展现模型性能的优劣,仿真结果表明这些性能评价方法的有效性。