改进广义预测控制算法在三容液位控制的应用

"一种改进的广义预测算法及其在三容液位控制中的应用，作者：吴夏来，戴文战，发表于《浙江理工大学学报》，2010年第27卷第5期。该论文针对大惯性、慢时变的对象，提出了一种改进的广义预测控制算法，结合阶梯控制方法，增强了算法的性能，特别是在三容水箱液位控制中的应用表现出色，能够有效抑制超调，增强抗干扰性和鲁棒性。" 本文关注的焦点是广义预测控制（GPC）算法的改进和其在三容水箱液位控制的应用。GPC是一种结合预测控制和自适应控制理念的控制策略，对系统模型的精确度要求较低，且具备良好的鲁棒性和跟踪性能。然而，在实际应用中，由于不确定性和对象特性的复杂性，基础的GPC算法可能在稳定性及超调控制方面存在不足。 作者针对这一问题，提出了一种新的控制算法，该算法在基本GPC的基础上融合了阶梯控制方法，并利用预测信息对模型预测输出进行实际误差校正，从而实现平滑滤波的效果。这种改进的控制律有助于减少系统的超调，并增强了系统对干扰的抵抗能力。 在三容水箱液位控制这一具体应用场景中，传统的GPC算法可能会受到电动调节阀、液位对象特性等因素的不确定性影响，导致控制效果不佳。通过对文献的分析，作者发现通过提升对象模型参数的辨识精度可以改善控制效果。而本文提出的改进算法则通过引入实际误差校正，进一步提升了控制性能。 算法的核心在于使用CARIMA模型来表示非平稳噪声的实际过程，其中A(Z-l)，B(Z-l)和C(Z-l)分别代表输入、输出和噪声序列的多项式，且假设系统没有纯滞后时间。在GPC的框架下，通过对未来的输出预测和实际误差的处理，优化控制输入，以达到更好的控制目标。 实验结果证实，改进后的算法在三容水箱液位控制中表现出色，不仅能够有效地抑制系统的超调，而且具有强大的抗干扰能力和良好的鲁棒性。这表明，该算法对于处理大惯性、慢时变的对象具有显著的优势，为工业控制领域提供了一个有潜力的解决方案。 关键词：广义预测控制，超调，阶梯控制，三容水箱，液位控制，抗干扰性，鲁棒性。