毕业论文多变量预测控制算法及其在环境试验设备控制中的应用

1、 本科毕业设计（论文）题目：二号，黑体，加粗，居中 学 院 专 业 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 年 月 日封面纸推荐用210g/m2的橙色色书编辑完后需将全文绿色说明文字删除，格式不变（另起页；摘要范例）摘 要（小三号，宋体，加粗，居中，上下空一行）（摘要正文共400600个字；小四号，宋体，行距为固定值20磅，段首行空两个汉字）本文详细介绍了多变量预测控制算法及其在环境试验设备控制中的应用。由于环境试验设备的温度和湿度控制系统具有较大的时间滞后，而且系统间存在比较严重的耦合现象，用常规的pid控制不能取得满意的控制效果。针对这种系统，本文采用了多变量预测控制算法对其进行了控制仿真

2、。预测控制算法是一种基于系统输入输出描述的控制算法，其三项基本原理是预测模型、滚动优化、反馈校正。它选择单位阶跃响应作为它的“预测模型”。这种算法除了能简化建模过程外，还可以通过选择合适的设计参数，获得较好的控制效果和解耦效果。本文先对环境试验设备作了简介，对控制中存在的问题进行了说明；而后对多变量预测控制算法进行了详细的推导，包括多变量自衡系统预测制算法和多变量非自衡系统预测控制算法；然后给出了系统的建模过程及相应的系统模型，在此基础上采用多变量预测控制算法对环境试验设备进行了控制仿真，并对仿真效果进行了比较。仿真结果表明，对于和环境试验设备的温度湿度控制系统具有类似特性的多变量系统，应用多

3、变量预测控制算法进行控制能够取得比常规pid控制更加令人满意的效果。关键词（小三号，宋体，加粗，居左）：多变量系统；预测控制；环境试验设备（关键词35个；小四号，宋体；关键词之间用分号隔开；最后一个关键词不打标点符号）（另起页：外文摘要范例；英文摘要和关键词应该是中文摘要和关键词的翻译）abstract（小三号，times new roman字体，加粗，居中，上下空一行）。 （正文：times new roman字体，小四号，行距为固定值20磅）in this paper, multivariable predictive control algorithm and its applicati

4、on to the control of the environmental test device are introduced particularly. the temperature and humidity control system of the environmental test device is characterized as long time delay and severe coupling. therefore, the routine pid control effect is unsatisfactory. in this case, the simulat

5、ion of the temperature and humidity control of the environmental test device based on multivariable predictive control algorithm is made.predictive control algorithm is one of control algorithm based on description of systems input-output. its three basic principles are predictive model, rolling opt

6、imization and feedback correction. it chooses unit step response as its predictive model, so that the modeling process is simplified. in addition, good control and decoupling effects could be possessed by means of selection suitable parameters.in this paper, the environmental test device is introduc

7、ed briefly and the existing problems are showed. then multivariable predictive control algorithm is presented particularly, including multivariable auto-balance system predictive control algorithm and multivariable auto-unbalance system predictive control algorithm. next, system modeling process and

8、 corresponding system model are proposed. further, the multivariable predictive control algorithm is applied to the temperature and humidity control system of the environmental test device. finally, the simulation results are compared.results of the simulation show that multivariable predictive cont

9、rol algorithm could be used in those multivariable system like the temperature and humidity control system of the environmental test device and the control result would be more satisfactory than that of the routine pid control.keyword（times new roman字体，小三号，加粗，居左）: multivariable system, predictive co

10、ntrol, environmental test device（times new roman字体，小四号）（另起页：目录范例）目 录（小三号，宋体，加粗，居中，上下空一行，目录由电脑自动生成）（各章题序及标题：小四号，宋体，加粗，居左；其余用小四号，宋体）摘 要 abstract 第一章 引 言 11.1 预测控制概述 11.2 环境试验设备简介 21.3 主要研究工作 21.4 本文安排 3第二章 基础知识介绍 42.1 预测控制的基本原理 42.1.1 预测控制的三项基本原理 42.1.2 预测控制的几种算法 52.2 动态矩阵控制算法 52.2.1 概述 52.2.2 动态矩阵控制算

11、法 62.3 本章小结 10第三章 环境试验设备介绍及建模研究 113.1 环境试验设备介绍 113.1.1 简介 113.1.2 环境试验设备的结构及硬件 113.1.3 环境试验设备控制的难点 123.2 环境试验设备的建模研究 123.2.1 环境实验设备的模型概述 123.2.2 飞升曲线法辨识环境试验设备的数学模型 143.3 本章小结 19第四章 多变量预测控制算法的研究与推导 204.1 多变量预测控制算法的推导 204.2 仿真研究 244.3 本章小节 25第五章 多变量非自衡系统预测控制算法的研究与推导 265.1 多变量非自衡系统预测控制算法 265.1.1 单变量非自衡

12、系统预测控制算法 265.1.2 多变量非自衡系统预测控制算法 295.2 仿真研究 335.3 本章小结 34第六章 环境试验设备的预测控制研究 356.1 脉冲响应系数模型的获得及对象特性分析 356.1.1 脉冲响应系数模型的获得 356.1.2 对象特性分析 366.2 仿真控制实验 376.2.1 参数选择 376.2.2 仿真控制结果 436.3 本章小结 45结束语 46参考文献 47附 录 48致 谢 49（另起页：论文主体范例）第一章 建筑方案说明（三号，宋体，加粗，居中，上下空一行）（1）正文层次正文所有章节按“第一章、第二章、第三章（换章时必须换页）；1.1、1.2、1.

13、3；1.2.1、1.2.2、1.2.3”编排。各层次题序及标题不得置于页面的最后一行（孤行）。（2）正文字号、字体、行距第一级标题：三号，宋体，加粗，居中，上下空一行；第二级标题：小三号，宋体，加粗，居左，上下空一行；第三级标题：四号，宋体，加粗， 居左，不空行；正文：小四号，宋体，行距为固定值20磅。段首行空2个汉字。（3）插图和插表插图（表）的标题和图（表）内文字：五号，宋体。插图（表）必须有图（表）题（由号和名组成）。图（表）号按章排序，如第一章第一图的号为“图1-1”。图题置于图下方，表题置于表上方。插图与其图题不得拆开排写于两页。图中若有分图时，分图号用a)、b)等置于分图之下。有数

14、字标注的坐标图，必须注明坐标单位。表格不加左、右列线；表内数字空缺的格内加“”字线；如某个表格需要换页接排，在随后的各页上应重复表的编排，编号后跟标题和（续）。如：表2-1 加入激素后的实验结果比较（续）。第二章 结构方案说明第三章 压型钢板组合楼板计算3.1压型钢板3.1.1压型钢板选择选取压型钢板如下：型号：yx 75-200-600基材：q235板厚：1.0mm压型钢板钢材强度值： 3.1.2压型钢板截面模量计算 3.2混凝土层取压型钢板上混凝土层厚度为60mm，采用强度为c25级混凝土。3.3施工阶段验算计算单元取一个波宽宽度，按强边（顺肋）方向的单向板计算。考虑到下料的不利情况，压型

15、钢板取单跨简支板进行挠度验算。计算跨度取单向板最大跨度。3.3.1荷载计算（1）恒荷载标准值 a.c25混凝土 截面面积： 线荷载： b.压型钢板 截面面积： 线荷载： c.小计 （2）活荷载标准值 施工荷载：（3）荷载组合 标准组合值 基本组合值3.3.2抗弯强度验算跨中最大弯矩：支座最大弯矩： 3.3.3挠度验算 3.4标准层组合楼板使用阶段验算3.4.1荷载计算（1）恒荷载标准值 a.压型钢板 b.混凝土楼板 c.20mm厚1:3水泥砂浆找平层 d.8mm厚1:1水泥砂浆结合层 e.20mm厚花岗岩楼面 合计：（2）活荷载标准值 a.楼面活载 （3）荷载组合 恒荷载控制组合 活荷载控制组

16、合3.4.2跨中截面受弯承载力验算跨中正弯矩：支座负弯矩：压型钢板波距内的截面面积：压型钢板钢材的抗拉强度设计值：c25混凝土弯曲抗压强度设计值：压型钢板顶面以上混凝土计算厚度：由此可知塑性中和轴在压型钢板顶面以上的混凝土截面内。组合板受压区高度：压型钢板截面应力合力至混凝土受压区截面应力合力的距离：符合抗弯承载力要求。3.4.3支座截面受弯承载力压型钢板肋内混凝土平均宽度：截面有效高度： 中和轴位于压型钢板肋内，按宽度的矩形截面梁计算。取二者较小值选用级钢筋 ， 宽度内钢筋面积为。3.4.4斜截面抗剪强度验算组合板在一个波距内斜截面最大承载力设计值： 符合斜截面抗剪要求。3.4.5刚度和裂缝

17、宽度验算（1）短期刚度取一个波距范围作为计算单元，对于肋内混凝土近似按平均肋宽的矩形截面考虑。压型钢板截面特性： 截面面积： 惯性矩： 形心轴与受压翼缘中线之间的距离： 形心轴与混凝土层上沿之间的距离：混凝土部分截特性： 截面面积： 惯性矩： 混凝土截面形心轴与混凝土层上沿之间的距离：钢材与混凝土的弹性模量之比：等效截面形心距混凝土板顶的距离：等效截面的惯性矩： （2）长期刚度等效截面形心距混凝土板顶的距离：等效截面的惯性矩：（3）挠度计算荷载标准组合值：简支单向板跨中最大挠度：(采用短期刚度)满足要求。荷载准永久组合值：简支单向板跨中最大挠度：（采用长期刚度）3.4.6自振频率验算永久荷载标

18、准值作用下的挠度：永久荷载标准值：简支单向板跨中最大挠度：(采用短期刚度)组合楼板的自振频率： 3.5楼面层组合楼板使用阶段验算3.5.1屋面层荷载计算（1）恒荷载标准值 a.压型钢板 b.混凝土楼板 c.20mm厚1:3水泥砂浆找平层 d.天面25mm厚防水砂浆 e.天面隔热层 合计：（2）活荷载标准值 a.楼面活载 （3）荷载组合 恒荷载控制组合 活荷载控制组合3.5.2跨中截面受弯承载力验算跨中正弯矩：支座负弯矩：符合抗弯承载力要求。3.5.3支座截面受弯承载力压型钢板肋内混凝土平均宽度：截面有效高度： 中和轴位于压型钢板肋内，按宽度的矩形截面梁计算。取二者较小值选用级钢筋 ， 宽度内钢

19、筋面积为。3.5.4斜截面抗剪强度验算组合板在一个波距内斜截面最大承载力设计值： 符合斜截面抗剪要求。3.5.5刚度和裂缝宽度验算（1）短期刚度取一个波距范围作为计算单元，对于肋内混凝土近似按平均肋宽的矩形截面考虑。等效截面的惯性矩： （2）长期刚度等效截面的惯性矩：（3）挠度计算荷载标准组合值：简支单向板跨中最大挠度：(采用短期刚度)满足要求。荷载准永久组合值：简支单向板跨中最大挠度：（采用长期刚度）3.5.6自振频率验算永久荷载标准值作用下的挠度：永久荷载标准值：简支单向板跨中最大挠度：(采用短期刚度)组合楼板的自振频率： 第四章 组合次梁设计4.1组合次梁截面确定 次梁的布置见图，取轴与

20、轴间的次梁进行计算。4.1.1钢梁初选组合梁截面初选梁跨度（mm）h(mm)=l/15l/16选组合梁截面高度钢梁截面高度初选钢梁截面h2.5hsl18400560525535400hn4002008135351000l28400560525535400hn4002008135351000l38400560 525535400hn4002008135351000l48400560525535400hn4002008135351000l58400560525535400hn4002008135351000l68400560525535400hn4002008135351000l784005605

21、25535400hn4002008135351000l88400560525535400hn4002008135351000l98400560525535400hn4002008135351000l108400560525535400hn4002008135351000l114200280262.50 280145hn1507557285375l122700180168.75 18045hn1005057235250l132700180168.75 18045hn1005057235250l142700180168.75 18045hn1005057235250l153200213.33 20

22、021075hn1005057235250l163200213.33 20021075hn10050572352504.1.2钢梁截面特性钢梁截面特性梁规格截面积(cm）重量（kg/m)ix(cm4)wx(cm3)ix(cm)iy(cm)l1hn40020081384.126623700119016.84.54l2hn40020081384.126623700119016.84.54l3hn40020081384.126623700119016.84.54l4hn40020081384.126623700119016.84.54l5hn40020081384.126623700119016.8

23、4.54l6hn40020081384.126623700119016.84.54l7hn40020081384.126623700119016.84.54l8hn40020081384.126623700119016.84.54l9hn40020081384.126623700119016.84.54l10hn40020081384.126623700119016.84.54钢梁截面特性续表梁规格截面积(cm）重量（kg/m)ix(cm4)wx(cm3)ix(cm)iy(cm)l11hn150755718.1614.367990.66.121.78l12hn100505712.169.541

24、9238.53.981.11l13hn100505712.169.5419238.53.981.11l14hn100505712.169.5419238.53.981.11l15hn100505712.169.5419238.53.981.11l16hn100505712.169.5419238.53.981.11注：钢材选用q235。4.1.3组合梁截面特性计算（1）混凝土板有效宽度确定由于压型钢板的肋与次梁垂直，不考虑压型钢板顶面以下的混凝土：由于无板托，则取上翼缘宽度。各次梁混凝土板有效宽度计算如下表。次梁混凝土板有效宽度b0b1b2=b1bel/6so/26hcminl22001400

25、13008108108101820l5200140016258108108101820l1020014001852.50 8108108101820l11757002062.50 8107007001475l1550533.33 1175.00 810533.33 533.33 1116.67 （2）荷载标准组合时的换算截面混凝土截面的换算宽度：l2、l5、l10： l11： l15： 换算截面面积：l2、l5、l10： l11： l15： 混凝土板顶到中和轴的距离：l2、l5、l10： l11： l15： 换算截面的惯性矩：l2、l5、l10：l11： l15： 混凝土顶面处的折算截面模量：

26、l2、l5、l10： l11： l15： 混凝土底面处的折算截面模量：l2、l5、l10： l11： l15： 钢梁底面处的折算截面模量：l2、l5、l10： l11： l15： （3）考虑徐变影响的换算截面混凝土截面的换算宽度：l2、l5、l10： l11： l15： 换算截面面积：l2、l5、l10： l11： l15： 混凝土板顶到中和轴的距离：l2、l5、l10： l11： l15： 换算截面的惯性矩：l2、l5、l10：l11： l15： 混凝土顶面处的折算截面模量：l2、l5、l10： l11： l15： 4.2组合梁施工阶段验算 选取承受荷载最不利的l1进行计算。所承受的恒载为混

27、凝土楼板自重和钢梁自重，活载为施工荷载，按计算。4.2.1荷载计算组合板自重6.95 kn/m钢梁自重0.65 kn/m恒荷载荷载标准值7.59 kn/m施工活荷载标准值3.00 kn/m荷载基本组合值（活载控制）13.31 kn/m4.2.2内力计算跨中最大弯矩：支座最大剪力：4.2.3抗弯强度验算 4.2.4整体稳定性验算，需验算整体稳定性。 ，不需修正 4.2.5挠度验算 4.3组合梁使用阶段验算根据各次梁的承受荷载的情况，选取承载最不利的l1、l2、l5、l10、l11及l15进行计算。4.3.1荷载计算l1：钢梁自重0.65 kn/m组合板自重6.95 kn/m建筑面层恒载3.36

28、kn/m恒荷载合计gk10.95 kn/m楼面活荷载qk6.00 kn/m荷载基本组合21.54 kn/m(活荷载控制）l2：钢梁自重0.65 kn/m组合板自重3.47 kn/m建筑面层恒载1.68 kn/m240mm厚加气混凝土砌块8.28 kn/m恒荷载合计gk14.08 kn/m楼面活荷载qk3.00 kn/m 荷载基本组合21.95 kn/m（恒荷载控制）l5：钢梁自重0.65 kn/m组合板自重7.99 kn/m建筑面层恒载3.86 kn/m200mm厚加气混凝土砌块6.90 kn/m恒荷载合计gk19.40 kn/m楼面活荷载qk6.90 kn/m荷载基本组合32.95 kn/m

29、（恒荷载控制）集中力f138.90 knf224.75 knf324.75 knf424.75 knl10：钢梁自重0.65 kn/m组合板自重9.04 kn/m建筑面层恒载4.37 kn/m200mm厚加气混凝土砌块6.90 kn/m恒荷载合计gk20.96 kn/m楼面活荷载qk7.81 kn/m荷载基本组合35.95 kn/m（恒荷载控制）集中力f129.33 knf229.33 knl11：钢梁自重0.14 kn/m组合板自重0.35 kn/m 200mm厚加气混凝土砌块6.90 kn/m恒荷载合计gk7.39 kn/m楼面活荷载qk6.90 kn/m荷载基本组合18.52 kn/m（

30、活荷载控制）l15：钢梁自重0.09 kn/m组合板自重0.23 kn/m200mm厚加气混凝土砌块6.90 kn/m恒荷载合计gk7.23 kn/m楼面活荷载qk6.90 kn/m荷载基本组合18.33 kn/m（活荷载控制）l2受力比l1更不利，不对l1继续进行计算。4.3.2内力计算次梁内力计算梁荷载基本组合(kn/m)mmax=1/8ql(跨中 knm)vmax=1/2ql（支座 kn）l221.95 193.58 92.18 l532.95 290.62 138.39 l1035.95 317.09 151.00 l1118.52 40.85 38.90 l1518.33 23.46

31、 29.33 4.3.3次梁局部稳定l2、l5、l10：翼缘板： 腹板： l11：翼缘板： 腹板： l15：翼缘板： 腹板： 均符合塑性设计要求。4.3.4组合梁承载力验算中和轴位置的确定（对c25混凝土，）l2、l5、l10： 塑性中和轴在钢梁内。钢梁受压区面积为：钢梁受压区高度为 钢梁受压区应力合力中心至混凝土翼板受压区应力合力中心距离：钢梁受压区应力合力中心至钢梁受压区应力合力中心距离： 组合梁抗弯承载力：组合梁抗剪承载力：l11：塑性中和轴在混凝土翼板内。混凝土受拉区面积：混凝土受拉区高度为 钢梁受拉区应力合力中心至混凝土翼板受压区应力合力中心距离：混凝土受拉区应力合力中心至混凝土受压

32、区应力合力中心距离：组合梁抗弯承载力：组合梁抗剪承载力：l15：塑性中和轴在混凝土翼板内。混凝土受拉区面积：混凝土受拉区高度为 钢梁受拉区应力合力中心至混凝土翼板受压区应力合力中心距离：混凝土受拉区应力合力中心至混凝土受压区应力合力中心距离：组合梁抗弯承载力：组合梁抗剪承载力：4.3.5连接件计算选用单排m16圆柱头焊钉，对于简支梁，栓钉高度取120mm，压型钢板yx 75-200-600的，压型钢板垂直于钢梁布置，故折减系数 为：单个抗剪件的抗剪承载力为：组合梁支座和最大弯矩点之间混凝土板和钢梁之间的纵向剪力为：l2、l5、l10： l11： l15： 所需螺栓数目：l2、l5、l10：沿半

33、跨单排布置，纵向间距为，取为，同时。l11：沿半跨单排布置，纵向间距为，取，同时。l15：沿半跨单排布置，纵向间距为，取，同时。4.3.6挠度验算（1）施工阶段恒荷载产生的挠度为： 施工阶段挠度计算l5l11l1517.67mm 2.30mm 1.83mm （2）短期效应挠度计算短期效应挠度计算l5l11l152.41e+081.01e+072.61e+0630518015584121816121610920088500670005184.831557.731060.48139517.2938868.3226485.416.3e-041.6e-032.6e-031.4521.9342.3680

34、.4240.7420.9331.0e+147.2e+123.2e+1214.6728.0866.003（3）长期效应挠度计算长期效应挠度计算l5l11l152.39e+088.43e+061.37e+063747.24 1363.77 940.24 156812.56 38583.54 25477.20 6.7e-041.8e-033.6e-031.050 1.693 2.100 0.320 0.585 0.791 7.0e+136.8e+123.0e+1215.014mm6.420mm 4.868mm （4）总挠度l5l11l1532.689mm 10.388mm 7.832mm 33.60

35、0mm 16.800mm 12.800mm 综上，挠度验算符合要求。第五章 梁柱截面初选5.1主梁主梁跨度为，高跨比应在，即梁高在，取梁高为。梁翼缘宽度取梁高，即。选取作为主梁，其截面特性如下表。截面特性截面积重量135.210678200261024.122802284.115.2框架柱假定，对底层柱，截面选用热轧型钢，则，选取作为框架柱，其截面特性如下表。截面特性截面积重量304.5239146000581021.941900180011.7第六章 竖向荷载作用内力计算6.1竖向恒荷载计算6.1.1恒荷载标准值楼面：1.0mm厚压型钢板0.13 kn/m60mm厚c25混凝土板2.18 k

36、n/m20mm厚1:3水泥砂浆找平层0.40 kn/m8mm厚1:1水泥细砂浆结合层0.16 kn/m20mm厚花岗岩楼面0.56 kn/m合计3.43 kn/m屋面：1.0mm厚压型钢板0.00 kn/m60mm厚c25混凝土板2.18 kn/m40mm厚c20防水细石混凝土1.00 kn/m20mm厚1：2水泥砂浆找平层0.40 kn/m100mm厚膨胀珍珠岩保温层0.25 kn/m30mm厚水泥砂浆0.60 kn/m4mm厚改性沥青防水0.05 kn/m合计4.48 kn/m内墙：200厚加气混凝土砌块1.50 kn/m8mm厚水泥砂浆找平层0.32 kn/m8mm厚1:1:6水泥石膏砂浆0.22 kn/m5mm厚1:0.3:3水泥石膏砂浆0.14 kn/m合计2.18 kn/m2f-4f标准层内墙自重（层高4600mm）10.03 kn/m外墙：240厚加气混凝土砌块1.80 kn/m6mm厚水泥砂浆找平层0.24 kn/m9mm厚1:1:6水泥石膏砂浆0.52 kn/m7mm厚水泥砂浆抹平0.28 kn/m合计2.84 kn/m2f-4f标准层内墙自重（层高4600mm）13.06 kn/m女儿墙：按外墙做法，高度为1500mm，自重为：4.26 k