無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)過(guò)程建模與資源優(yōu)化利用

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的持久性運(yùn)行提供了能量供應(yīng)，可以被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中的能量供應(yīng)與管理。在存在多種無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的異質(zhì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，如何對(duì)能量與通信資源進(jìn)行有效合理的利用是一項(xiàng)重要的研究問(wèn)題。本研究首先研究無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性，采用Markov決策過(guò)程優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量與信息傳輸策略，以達(dá)到節(jié)點(diǎn)期望效用的最大化目標(biāo)。隨后，本研究考慮了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間相互關(guān)系，包括節(jié)點(diǎn)對(duì)其它節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的正向或負(fù)向的性能影響，使用了外部性理論定量的對(duì)該類(lèi)相互影響進(jìn)行了建模，并使用Stackelberg博弈模型分析了在此類(lèi)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的均衡點(diǎn)與最優(yōu)的競(jìng)爭(zhēng)策略。最后，針對(duì)實(shí)際場(chǎng)景中系統(tǒng)狀態(tài)的不確定性與狀態(tài)空間的潛在數(shù)量，本研究使用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法，提出了實(shí)際場(chǎng)景中面向大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)資源分配的資源軟件化、資源服務(wù)化和處理方法，避免了因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題規(guī)模增加所帶來(lái)的算法失效問(wèn)題。

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)以電磁波為載體向空間中以非接觸的形式發(fā)射能量，可被應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中能量的持久供應(yīng)。如何對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線(xiàn)充電能量與信息資源進(jìn)行合理利用是重要的研究問(wèn)題。由于無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)可被認(rèn)為是一個(gè)隨機(jī)系統(tǒng)，本課題使用點(diǎn)過(guò)程方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象建模，并特別考慮到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的交互關(guān)系，從而建立描述無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)空間分布與運(yùn)動(dòng)特性的數(shù)學(xué)模型?；谒⒌臄?shù)學(xué)模型，本課題采用Markov決策過(guò)程分析網(wǎng)絡(luò)中能量與信息傳輸?shù)牟呗?，以達(dá)到節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化利用。在分析資源優(yōu)化利用策略時(shí)，本課題根據(jù)無(wú)線(xiàn)充電傳輸過(guò)程不可加密特性，考慮并提出機(jī)制用于消除節(jié)點(diǎn)對(duì)電能的竊取導(dǎo)致資源利用效率的降低。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型和資源優(yōu)化利用方法在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用，本課題通過(guò)統(tǒng)計(jì)與學(xué)習(xí)實(shí)際的移動(dòng)與分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)集，對(duì)點(diǎn)過(guò)程和Markov決策過(guò)程的重要輸入?yún)?shù)進(jìn)行估計(jì)，使得本課題所提出的理論模型具備現(xiàn)實(shí)意義。

本書(shū)系統(tǒng)地介紹了一套面向工業(yè)過(guò)程控制工程的辨識(shí)建模和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用技術(shù),主要基于第一作者和合作者們關(guān)于工業(yè)過(guò)程辨識(shí)建模和控制方面的成果整理而形成,并且匯編了一些必要的基礎(chǔ)知識(shí),以便讀者從零開(kāi)始學(xué)習(xí)并最終掌握這套工程技術(shù)理論與應(yīng)用方法。

本書(shū)分兩部分:第一部分針對(duì)過(guò)程控制工程領(lǐng)域中,按照階躍響應(yīng)特性劃分的對(duì)象類(lèi)型,詳細(xì)闡述了開(kāi)環(huán)穩(wěn)定、積分和不穩(wěn)定過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性辨識(shí)建模方法以及采樣系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)方法;第二部分從基本的單回路控制結(jié)構(gòu)和內(nèi)模控制原理開(kāi)始,逐步深入介紹了先進(jìn)的兩自由度控制、采樣控制、主動(dòng)抗擾控制、反飽和控制、串級(jí)控制、多回路控制、多變量解耦控制以及批次過(guò)程控制與運(yùn)行優(yōu)化理論和應(yīng)用方法等。

本書(shū)的特點(diǎn)是由淺入深地介紹過(guò)程控制工程基本理論與研究成果,注重理論分析與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,每章介紹的主要方法都配有仿真或工程應(yīng)用案例,并且在各章后附有主要方法的仿真程序,以便讀者參考和應(yīng)用測(cè)試。同時(shí),各章后配有練習(xí)題和仿真作業(yè),以便教師教學(xué)使用。

第1章 緒論1

1.1 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性辨識(shí)建模1

1.1.1 過(guò)程辨識(shí)建模的對(duì)象范圍1

1.1.2 典型的過(guò)程動(dòng)態(tài)特性描述模型3

1.2 模型擬合準(zhǔn)則與評(píng)價(jià)指標(biāo)6

1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)組成與技術(shù)發(fā)展8

1.3.1 過(guò)程控制系統(tǒng)組成與主要任務(wù)8

1.3.2 過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展10

1.4 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性與性能指標(biāo)11

1.4.1 穩(wěn)定性判據(jù)11

1.4.2 控制性能指標(biāo)13

1.5 本章小結(jié)16

習(xí)題17

參考文獻(xiàn)17

第一部分　過(guò)程辨識(shí)建?！?20

第2章 基于階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)辨識(shí)開(kāi)環(huán)穩(wěn)定過(guò)程20

2.1 階躍實(shí)驗(yàn)與頻率響應(yīng)估計(jì)21

2.2 常用模型結(jié)構(gòu)的參數(shù)辨識(shí)方法22

2.2.1 帶時(shí)滯參數(shù)的一階模型和重復(fù)極點(diǎn)高階模型22

2.2.2 帶時(shí)滯參數(shù)和不同極點(diǎn)的二階模型24

2.2.3 帶時(shí)滯參數(shù)和不同極點(diǎn)的高階模型25

2.2.4 一致性參數(shù)估計(jì)分析和模型結(jié)構(gòu)選擇27

2.2.5 應(yīng)用案例30

2.3 抗擾辨識(shí)模型參數(shù)的方法34

2.3.1 階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)34

2.3.2 模型參數(shù)辨識(shí)35

2.3.3 應(yīng)用案例40

2.4 基于閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)辨識(shí)模型參數(shù)42

2.4.1 對(duì)象頻率響應(yīng)估計(jì)42

2.4.2 模型參數(shù)辨識(shí)44

2.4.3 應(yīng)用案例45

2.5 本章小結(jié)47

習(xí)題48

參考文獻(xiàn)49

附 辨識(shí)算法程序50

第3章 基于階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)辨識(shí)積分和不穩(wěn)定過(guò)程54

3.1 基于階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)辨識(shí)積分過(guò)程54

3.1.1 頻率響應(yīng)估計(jì)54

3.1.2 模型參數(shù)辨識(shí)56

3.1.3 應(yīng)用案例58

3.2 基于閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)辨識(shí)積分和不穩(wěn)定過(guò)程59

3.2.1 積分型過(guò)程模型辨識(shí)60

3.2.2 不穩(wěn)定型過(guò)程模型辨識(shí)60

3.2.3 應(yīng)用案例64

3.3 本章小結(jié)68

習(xí)題68

參考文獻(xiàn)68

附 辨識(shí)算法程序69

第4章 基于持續(xù)激勵(lì)實(shí)驗(yàn)抗擾辨識(shí)采樣系統(tǒng)74

4.1 線(xiàn)性模型參數(shù)估計(jì)74

4.2 迭代辨識(shí)算法77

4.3 收斂性分析79

4.4 應(yīng)用案例84

4.5 本章小結(jié)89

習(xí)題89

參考文獻(xiàn)89

附 辨識(shí)算法程序90

第5章 基于持續(xù)激勵(lì)實(shí)驗(yàn)辨識(shí)積分型采樣系統(tǒng)92

5.1 輸入激勵(lì)設(shè)計(jì)93

5.2 模型參數(shù)辨識(shí)算法"para" label-module="para">

5.3 收斂性分析97

5.4 應(yīng)用案例98

5.5 本章小結(jié)100

習(xí)題100

參考文獻(xiàn)100

附 辨識(shí)仿真程序101

第6章 基于持續(xù)激勵(lì)實(shí)驗(yàn)辨識(shí)非線(xiàn)性系統(tǒng)參數(shù)103

6.1 自適應(yīng)參數(shù)辨識(shí)算法103

6.2 收斂性分析108

6.3 應(yīng)用案例109

6.4 本章小結(jié)111

習(xí)題111

參考文獻(xiàn)111

附 辨識(shí)算法程序112

第二部分　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　/113

第7章 單回路控制113

7.1 內(nèi)?？刂?IMC)原理113

7.2 改進(jìn)的IMC濾波器設(shè)計(jì)115

7.2.1 FOPDT穩(wěn)定過(guò)程116

7.2.2 SOPDT穩(wěn)定過(guò)程118

7.3 PID整定123

7.3.1 基于IMC設(shè)計(jì)的PID整定123

7.3.2 離散域PID整定124

7.4 應(yīng)用案例128

7.5 本章小結(jié)132

習(xí)題132

參考文獻(xiàn)133

附 控制仿真程序134

第8章 兩自由度控制136

8.1 開(kāi)環(huán)穩(wěn)定和積分過(guò)程137

8.1.1 抗擾控制器138

8.1.2 設(shè)定點(diǎn)跟蹤控制器140

8.1.3 魯棒穩(wěn)定性分析141

8.1.4 應(yīng)用案例142

8.2 開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定過(guò)程148

8.2.1 設(shè)定點(diǎn)跟蹤控制器148

8.2.2 抗擾控制器149

8.2.3 魯棒穩(wěn)定性分析153

8.2.4 應(yīng)用案例154

8.3 本章小結(jié)158

習(xí)題159

參考文獻(xiàn)160

附 控制仿真程序161

第9章 采樣控制系統(tǒng)163

9.1 含時(shí)滯的開(kāi)環(huán)穩(wěn)定過(guò)程163

9.1.1 抗擾控制器164

9.1.2 設(shè)定點(diǎn)跟蹤控制器166

9.1.3 控制性能評(píng)估166

9.1.4 魯棒穩(wěn)定性分析168

9.1.5 應(yīng)用案例169

9.2 含時(shí)滯的積分和不穩(wěn)定過(guò)程172

9.2.1 抗擾控制器172

9.2.2 設(shè)定點(diǎn)跟蹤控制器175

9.2.3 魯棒穩(wěn)定性分析177

9.2.4 應(yīng)用案例179

9.3 基于通用無(wú)時(shí)滯輸出預(yù)估器的兩自由度控制184

9.3.1 通用的無(wú)時(shí)滯輸出預(yù)估器185

9.3.2 兩自由度控制方案187

9.3.3 閉環(huán)抗擾控制器187

9.3.4 設(shè)定點(diǎn)跟蹤控制器191

9.3.5 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析191

9.3.6 應(yīng)用案例192

9.4 本章小結(jié)197

習(xí)題198

參考文獻(xiàn)199

附 控制仿真程序200

第10章 主動(dòng)抗擾控制(ADRC)203

10.1 含有不確定性和干擾的對(duì)象描述203

10.2 基于無(wú)時(shí)滯輸出預(yù)估的ADRC設(shè)計(jì)204

10.2.1 擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)205

10.2.2 兩自由度控制器206

10.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析207

10.4 應(yīng)用案例210

10.5 本章小結(jié)214

習(xí)題214

參考文獻(xiàn)215

附 控制仿真程序215

第11章 反飽和控制217

11.1 含有輸入飽和約束的過(guò)程描述217

11.2 基于ADRC的反對(duì)稱(chēng)輸入飽和控制218

11.2.1 反飽和擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器219

11.2.2 無(wú)時(shí)滯輸出預(yù)估器219

11.2.3 兩自由度控制器220

11.2.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析221

11.2.5 應(yīng)用案例226

11.3 基于ADRC的反非對(duì)稱(chēng)輸入飽和控制229

11.3.1 對(duì)稱(chēng)飽和約束變換230

11.3.2 反飽和擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器230

11.3.3 廣義預(yù)測(cè)器與控制器231

11.3.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析232

11.3.5 應(yīng)用案例235

11.4 本章小結(jié)238

習(xí)題239

參考文獻(xiàn)239

附 控制仿真程序240

第12章 串級(jí)控制系統(tǒng)244

12.1 開(kāi)環(huán)穩(wěn)定過(guò)程的串級(jí)控制244

12.1.1 控制器設(shè)計(jì)245

12.1.2 魯棒穩(wěn)定性分析247

12.2 開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定過(guò)程的串級(jí)控制248

12.2.1 控制器設(shè)計(jì)248

12.2.2 魯棒穩(wěn)定性分析249

12.3 應(yīng)用案例250

12.4 本章小結(jié)255

習(xí)題256

參考文獻(xiàn)256

附 控制仿真程序257

第13章 多回路控制系統(tǒng)259

13.1 系統(tǒng)輸入-輸出變量配對(duì)選擇259

13.1.1 相對(duì)增益陣列(RGA)259

13.1.2 奇異值分解(SVD)260

13.2 多回路系統(tǒng)的可控性261

13.3 多回路控制設(shè)計(jì)262

13.3.1 期望的對(duì)角傳遞函數(shù)矩陣262

13.3.2 多回路PI/PID整定264

13.4 穩(wěn)定性分析264

13.5 應(yīng)用案例266

13.6 本章小結(jié)269

習(xí)題269

參考文獻(xiàn)270

附 控制仿真程序271

第14章 多變量解耦控制系統(tǒng)273

14.1 雙輸入雙輸出系統(tǒng)的解耦控制273

14.1.1 解耦控制前提274

14.1.2 期望系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣274

14.1.3 解耦控制器矩陣設(shè)計(jì)276

14.1.4 穩(wěn)定性分析279

14.1.5 應(yīng)用案例280

14.2 多輸入多輸出系統(tǒng)的解耦控制284

14.2.1 解耦控制前提284

14.2.2 期望系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣285

14.2.3 解耦控制器矩陣設(shè)計(jì)287

14.2.4 穩(wěn)定性分析288

14.2.5 應(yīng)用案例290

14.3 多變量系統(tǒng)的兩自由度解耦控制295

14.3.1 期望設(shè)定點(diǎn)跟蹤和閉環(huán)抗擾傳遞函數(shù)矩陣295

14.3.2 解耦控制器矩陣設(shè)計(jì)297

14.3.3 穩(wěn)定性分析298

14.3.4 應(yīng)用案例300

14.4 本章小結(jié)304

習(xí)題305

參考文獻(xiàn)305

附 控制仿真程序307

第15章 批次過(guò)程控制310

15.1 基于IMC結(jié)構(gòu)的迭代學(xué)習(xí)控制(ILC)310

15.1.1 ILC方案310

15.1.2 IMC控制器311

15.1.3 ILC控制器312

15.1.4 穩(wěn)定性分析313

15.1.5 應(yīng)用案例316

15.2 基于PI回路的間接型ILC方法318

15.2.1 間接型ILC方案和二維系統(tǒng)描述319

15.2.2 魯棒PI控制器整定321

15.2.3 ILC控制律設(shè)計(jì)323

15.2.4 應(yīng)用案例328

15.3 基于廣義ESO 的間接型ILC方法330

15.3.1 閉環(huán)反饋控制器331

15.3.2 間接型ILC設(shè)計(jì)332

15.3.3 應(yīng)用案例335

15.4 本章小結(jié)337

習(xí)題338

參考文獻(xiàn)338

附 控制仿真程序340

符號(hào)表343

縮寫(xiě)術(shù)語(yǔ)表344

2100433B

本書(shū)是路易斯安那州立大學(xué)化學(xué)工程系資深教授F. Carl Knopf撰寫(xiě)，詳細(xì)介紹了包括石油化工在內(nèi)的過(guò)程工業(yè)有關(guān)過(guò)程能量集成原理、建模、計(jì)算軟件、工程設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述。本書(shū)是國(guó)內(nèi)少見(jiàn)的系統(tǒng)介紹包括石油化工在內(nèi)的過(guò)程工業(yè)模擬仿真的著作。本書(shū)的翻譯、出版，將會(huì)有效滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)石化行業(yè)及相關(guān)從事流程模擬研究的工程技術(shù)人員對(duì)于國(guó)外高水平學(xué)術(shù)著作的閱讀和參考需求。