基于隐式广义预测控制算法的LNG出口压力控制系统研究-控制科学与工程专业论文.docx

要等大号  基于隐式广义预测控制算法的 LNG 出口压力控制系统研究 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在 年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密 d. 职都 职都快R 学位论文作者签名: 喝报把 向阳:......-护主? 日期: 叫年 l 月 f千 日 日期: M年 / 月俨 基于隐式 基于隐式广义预测控制算法的 LNG 出口压力控制系统研究 万方数据 万方数据 基于隐式广义预测控制算法的 LNG 出口压力控制系统研究 摘 要 在现代工业和日常生活中 LNG 出口压力控制系统具有非常广泛 的应用。伴随着工业的不断发展，人们对于 LNG 出口压力控制的要 求也越来越高。然而，就工业现场的压力控制而言，是具有多变、复 杂特点的过程，同时，在实际工业现场中，会有来自不同方面因素对 LNG 出口压力控制进行影响，再加上压力控制对象普遍具有非线性、 大惯性、扰动因素多、大时滞等特点，这就会对压力控制算法提出了 更高的标准和要求。 随着科技的发展，出现了越来越多的先进控制技术。由于它能够 克服传统控制技术的不足，因此被广泛地应用到工业控制中。本文将 LNG 出口压力作为研究对象，通过对广义预测控制算法进行研究， 在此基础上，引出了通过直接辨识控制律参数的方式，对算法进行计 算，使得此控制算法的实时性更高、快速性更强，称之为隐式广义预 测控制算法，并建立了基于隐式广义预测控制算法的 LNG 出口压力 控制模型，通过 MATLAB 仿真对比了当前 PID 算法和隐式广义预测 算法对于压力控制的效果，还建立了以 STM32 为下位机的 MCU 的 最小系统以及必要的外围电路设计，设计了压力采集电路、比例电磁 I 阀驱动电路，同时利用 C#和 Visual Studio-2010 设计了 LNG 出口压 力控制上位机系统，方便了用户对于压力的显示和控制。论文的主要 研究工作和创新点如下： 1.隐式广义预测控制算法的分析和研究。本文针对一般的广义预 测控制算法，需要重复对 Diophantine 方程进行在线推导、求解，同 时也要多次对矩阵进行求逆运算，这样增加了计算量，同时也使计算 变得复杂；假设对系统的原模型参数进行直接辨识，同样需要重复对 Diophantine 方程进行在线推导、求解，若想算出控制律，必须对控 制器的参数进行求解，这样也会对计算时间有所加长，系统控制的实 时性也会有所降低，考虑到以上因素严重制约了广义预测控制算法的 实际应用，因此本文介绍了直接辨识控制律参数 E、G、S。而不用对 Diophantine 方程在线反复推理、求解，对于计算时间的减少具有明 显的帮助，在此基础上发展了隐式广义预测控制算法。 2.基于隐式广义预测控制算法的 LNG 出口压力控制系统建模和 研究。由于 LNG 压力控制具有时变性、不确定性、大滞后性的特点， 不仅仅是控制对象的不确定性、时变性、大滞后性，同时还具有储罐 容量大、较大波动的用气量、小时供气量不匀称性等特点，且在压力 控制过程中，LNG 会有状态的变化（液态转化为气态），因此现在用 简单的 PID 算法已经无法达到控制的要求，利用隐式广义预测控制算 法的 CARIMA 模型，以及将 LNG 压力控制抽象成一阶线性滞后环节， 构建了基于隐式广义预测控制算法的 LNG 出口压力控制框图和隐式 广义预测控制器。通过仿真发现隐式广义预测控制对于压力控制的快 II 速性、稳定性、鲁棒性会更加完美。 3.LNG 出口压力控制系统的硬件设计。基于隐式广义预测控制 算法对本系统进行设计。在硬件上采用 Cortex-M3 为内核的 STM32 微处理器来作为嵌入式控制器的核心 CPU，搭建了 STM32 最小系统， 在此基础上，设计了 RS-485 通信接口电路、压力检测电路、比例电 磁阀驱动电路，并采用 MODBUS-RTU 协议作为通信协议，为了实现 各模块间的相互通信和信息传输的稳定性，在原有协议的基础上，针 对本系统的需求，设计了控制协议的格式，方便上下位机信息交流。 同时也方便了 LNG 出口压力进行实时数据显示、数据处理。 4.LNG 出 口 压 力 控 制 系 统 的 软 件 设 计 。 主 要 运 用 Visual Studio-2010 开发平台及 C#语言进行开发，通过参考其它控制系统设 计的经验以及操作人员的使用习惯，设计了 LNG 出口压力控制上位 机系统，其主要包括系统设置界面、退出