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工业大系统双层结构预测控制算法及策略研究
摘要
本论文研究了基于双层结构的工业大系统预测控制算法及策略，旨在通过将控制系统分为上层和下层两个部分，实现对工业大系统的精准控制。具体而言，本研究提出了基于模型预测控制（MPC）的上层控制策略，以及基于pid控制的下层控制策略，利用这两种控制策略配合实现了对一个模拟的工业大系统的控制。实验结果表明，该双层结构控制策略能够有效地对工业大系统进行控制，并具有较好的稳定性。
Abstract
Thispaperstudiesthepredictioncontrolalgorithmandstrategyofindustriallargesystemsbasedonthetwo-layerstructure.Withtheaimofachievingaccuratecontrolofindustriallargesystemsbydividingthecontrolsystemintoupperlayerandlowerlayerparts,thisstudyproposestheupperlayercontrolstrategybasedonmodelpredictivecontrol(MPC)andthelowerlayercontrolstrategybasedonPIDcontrol.Thetwocontrolstrategieswerecombinedinthecontrolofasimulatedindustriallargesystem.Theexperimentalresultshowsthatthistwo-layerstructurecontrolstrategycaneffectivelycontrolindustriallargesystemswithgoodstability.
1.前言
工业大系统的复杂性常常使得传统的控制策略难以精准地对其进行控制。为此，目前已经有许多研究开始探究分层控制方法，即将控制系统分为上层和下层两个部分进行控制。上层负责制定系统的最佳控制方案，下层则根据控制方案执行具体的控制任务。
在本研究中，我们基于双层结构，研究了一种针对工业大系统的预测控制算法及其策略。本文主要介绍该算法及其策略的原理与实现，并通过实验验证其控制效果。
2.控制算法及其策略
2.1上层控制策略
在上层控制中，我们采用模型预测控制（MPC）策略，该策略的主要思想是通过建立数学模型来预测系统的未来变化趋势，并制定最佳控制策略以达到系统控制的目标。
具体来说，我们首先建立一个系统动力学模型，该模型用于描述系统在控制操作下的演化规律。然后，我们通过对模型进行优化计算，以预测未来一段时间内的系统状态，进而制定下层控制器的控制策略。最后，我们将该控制策略下发到下层控制器中执行。
2.2下层控制策略
在下层控制中，我们采用了PID控制策略，它是一种经典的控制策略，具有稳定性好、使用方便等特点。
具体而言，我们在下层控制器中设置三个反馈参数，分别为比例系数、积分系数和微分系数，它们分别控制着滞后效应、稳态误差和振荡的抑制。通过对PID参数的合理设置，可以有效地抑制系统的不稳定性和抖动问题。最终，我们将MPC算法计算得到的控制策略和PID控制器结合在一起，实现对工业大系统的精准控制。
3.实验结果与分析
为了验证该算法及其策略的有效性，我们进行了一系列模拟实验。在实验中，我们基于MATLAB/Simulink平台实现了一个工业大系统的模拟。该模拟系统包括多个过程单元，其中每个过程单元都有一些输入和输出变量，这些变量的变化会相互影响。
我们采用了本研究提出的双层结构控制策略对该工业大系统进行控制，得到了如下实验结果：
图1展示了系统在使用该双层结构控制策略前后某一时刻的温度变化曲线。可以看出，通过该控制策略，系统温度的变化趋势得到了有效抑制，使系统的稳定性得到了很大提升。
图2展示了系统在使用该双层结构控制策略前后某时间段的运行状态。可以看出，在使用该控制策略后，系统运行的稳定性明显提升，精度得到了大幅提升。
综合实验结果来看，本研究提出的双层结构控制策略可以有效地对工业大系统进行控制，且具有较好的稳定性和控制精度。
4.结论
本论文针对工业大系统控制的问题，提出了一种基于双层结构的预测控制算法及其策略，在上层控制中采用了模型预测控制策略，在下层控制中采用了PID控制策略，通过两者之间的配合实现了对工业大系统的精准控制。实验结果表明，该算法及其策略能够有效地控制工业大系统，具有较好的稳定性和控制精度，具备实际应用的潜力。