《一种基于改进GA的快速GPC算法在非线性系统中的应用》-工学论文，工业技术论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

一种基于改进GA的快速GPC算法在非线性系统中的应用

范文

葛宗年张淑娟

摘要：广义预测控制作为一种先进的控制策略，被广泛应用于复杂的工业过程。它具有预测及自适应控制的优点，在线估计参数，实现自适应控制。本文提出一种基于改进GA的快速广义预测控制算法，并针对仿真实验，选取了4种典型结构进行了仿真实验，实验结果表明：无论是否存在外界干扰，广义预测控制算法均能够有效地控制大时滞系统，且控制精度非常高。

关键词：GPC算法;非线性系统;应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.111

1 前言

GPC算法是，1984年英国D.W.Clarke等人提出的一种重要的适应性控制算法[1]。理论经过不断得到完善和发展，在复杂的工业过程中展现了良好的控制性能[2-4]。它基于广义最小方差控制，引入了多步预测的思想进行优化，有效的提升了抗负载扰动、随机噪声、时滞变化等能力，鲁棒性较强[5-6]。工业过程控制中通常具备多回路和非线性、强耦合、大滞后、强干扰特性，应用常规的PID控制算法，通常得不到理想的控制效果和较高的自动投运率。对此，本文将提出了一种改进的GPC算法，并将它应用于4种典型结构中，通过预测模型、滚动优化、在线辨识和校正四个步骤，实现了在线估计模型参数，并修正控制律从而改善控制品质。仿真结果显示，改进广义预测控制算法提升了非线性系统的控制性能，增强了适应性和鲁棒性，且控制精度得到提高。

2 快速广义预测控制算法

Clarke等提出的GPC是一种应用于复杂工业过程的鲁棒算法，具有良好的控制性能。但它缺点明显，比如模型参数的在线辨识、逆矩阵的求解和Diophantine方程等过程中存在较大计算量等，特别是求逆矩阵。文[6]提出一种改进的双柔化系数的广义预测控制算法，下面对这种改进的GPC算法进行简要的阐述。

为了方便比较各种遗传算法在参数优化时的优劣。本文中分别采用了传统的遗传算法（SGA）和链式遗传算法（LAGA），仿真平台是 Matlab7.0，1G 内存，2.12GHz AMD Athlon CPU。3 种算法均采用自适应结束条件。参数设置 K=30，Q=80。在 SGA 中，交叉概率为 0.95，变异概率为 0.05; LAGA 中交叉概率为 0.95，变异概率为 0.05。表1为3种遗传算法性能优化比较表，从表1中可以看出， LAGA的目标函数的执行时间要快于传统的SGA算法。

采用SGA和AGA优化时，在上述参数取值范围内随机取n=3， m=2，λ=0.4855，α=0.3868， β=0.3668。图1，2为优化前后的控制过程曲线。

将优化算法应用到上述稳定最小相位、稳定非最小相位、不稳定最小相位和不稳定非最小相位4种典型结构，作出仿真结果。比较图1、图2可以看出，由于本文提出的算法，根据系统的实际性能，利用LAGA对输入输出柔化系数，在每一时刻，进行实时的在线调整，使其在跟踪性能和鲁棒性上更优，比固定参数设计效果更好。

5 结语

本文通过优化GPC算法中控制参数整定，整合了遗传算法非线性映射能力和不确定性系统适应能力，提出了一种改进的基于双柔化系数型广义预测控制算法，使算法中，输出柔化系数和控制增量加权系数或输入柔化系数实现了在线调整。仿真试验结果表明，该优化算法在鲁棒性和跟踪性上表现出良好的性能。

参考文献：

[1]Clarke，D.W.，Mohtadi，C.and Tuffs，P.S..Generalized predictive control[J].Automatica，1987，23（02）：137-160.

[2]Takahashi K，Yamada T.Application of an immune feedbackmechanism to control systems[J].JSME Int J Series C，1998，41（02）：184-191.

[3]耿林霄，景效国.广义预测控制在过热蒸汽温度控制中的应用[J].熱力发电，2015，44（03）：69-72.

[4]席裕庚，陈虹.预测控制性能研究的新进展[J].控制理论与应用，2000，14（04）：470-475.

[5]金元郁，顾兴源.改进的广义预测控制算法[J].信息与控制，1990，19（03）：8-14.

[6]金元郁.改进的广义预测控制的稳定性分析[J].自动化学报，1992，18（04）：487-493.

[7]王蕾，沈庭之，招扬.一种改进的自适应遗传算法[J].系统工程与电子技术，2002，Vol.24（05）：75-78.

作者简介：葛宗年（1985-），男，山东临沂人，硕士研究生，工程师，研究方向：火力发电厂热工仪表与控制。

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。