內容簡介

復雜不確定係統的綜閤和設計一直是控製領域研究的重點。本書基於魯棒預測控製的滾動優化，在綫預測策略實現多約束條件的綫性和非綫性係統的魯棒鎮定和魯棒跟蹤，設計高效有穩定性保證的非綫性預測控製器。結閤基於狀態空間魯棒控製新的參數依賴型Lyapunov-Krasovskii函數、不變集約束的優化、混雜係統的分段仿射、模糊建模等技術，降低復雜係統*小*大化預測控製的保守性和設計的復雜度。作者多年來緻力於復雜係統魯棒預測的算法、魯棒穩定性、計算量等方麵展開研究，本書綜閤作者多年研究結果，結閤具體工程項目，對魯棒預測控製的應用做齣有益探索。

作者簡介

劉誌林，哈爾濱工程大學副教授，智能控製研究所副所長，哈爾濱工業大學博士畢業，博士後，博士生導師。作為項目負責人承擔多項國傢及省部級科研項目，目前在預測控製，船舶控製領域進行研究。齣版學術專著2部，以**或通訊作者發錶SCI、EI檢索論文40餘篇，獲得國防科技進步奬一等奬2項，黑龍江省科技進步奬二等奬1項。2014年入選中澳青年科學傢學術交流計劃，與澳大利亞新南威爾士大學、西澳大學、科廷大學、莫納什大學、Austal Ship造船公司進行學術交流。2014年12月至2015年12月，德國杜伊斯堡艾森大學訪問學者。

目錄

第１ 章　緒論…………………………………………………………………… １
１．１　本書的背景和意義…………………………………………………… １
１． ２　模型預測控製的發展曆史…………………………………………… ２
１． ２．１　ＭＰＣ 發展的理論基礎………………………………………… ４
１． ２． ２　過程控製應用………………………………………………… ５
１． ３　模型預測控製的基本原理及特徵…………………………………… ５
１． ３． １　模型預測控製的基本原理…………………………………… ５
１． ３． ２　模型預測控製的特徵………………………………………… ７
１． ４　非綫性模型預測控製的研究現狀…………………………………… ８
１．４． １　典型的非綫性模型預測控製方案…………………………… ８
１．４．２　穩定性與魯棒性研究………………………………………… １２
１．４．３　計算問題……………………………………………………… １４
１． ４． ４　非綫性模型預測控製應用…………………………………… １５
１． ４．５　將來的研究展望……………………………………………… １５
１． ５　本書的研究內容與結構安排………………………………………… １６
參考文獻…………………………………………………………………… １８
第２ 章　預測控製的數學基礎與基本方法………………………………… ２５
２．１　綫性矩陣不等式……………………………………………………… ２５
２． ２　Ｓｃｈｕｒ 補和Ｓ 過程…………………………………………………… ２５
２． ２． １　Ｓｃｈｕｒ 補……………………………………………………… ２５
２． ２． ２　Ｓ 過程………………………………………………………… ２６
２． ２． ３　矩陣求逆……………………………………………………… ２６
２． ３　不變集………………………………………………………………… ２７
２．３．１　不變集基本原理……………………………………………… ２７
２． ３．２　控製約束的處理……………………………………………… ２８
２． ４　模型預測控製的一般形式…………………………………………… ２９
２．４． １　問題描述……………………………………………………… ２９
２．４．２　性能指標的上界……………………………………………… ２９
２．４．３　離散綫性係統的預測控製算法……………………………… ３０
２．４．４　控製約束……………………………………………………… ３２
２． ４．５　預測控製算法的改進………………………………………… ３３
２． ４．６　穩定性分析…………………………………………………… ３４
２． ５　魯棒預測控製………………………………………………………… ３６
２． ６　本章小結……………………………………………………………… ３８
參考文獻…………………………………………………………………… ３８
第３ 章　時滯係統的魯棒預測控製………………………………………… ４０
３． １　引言…………………………………………………………………… ４０
３． ２　終端橢圓集約束的時滯係統預測控製……………………………… ４１
３． ２．１　時滯係統的不變橢圓集……………………………………… ４１
３．２． ２　終端橢圓集約束的預測控製………………………………… ４３
３． ２．３　帶有混閤約束的時滯係統預測控製………………………… ４７
３． ２．４　仿真研究……………………………………………………… ４８
３． ３　範數有界時滯係統的魯棒預測控製………………………………… ５０
３． ３． １　係統描述……………………………………………………… ５０
３． ３． ２　主要結果……………………………………………………… ５０
３． ３． ３　討論…………………………………………………………… ５６
３． ３． ４　仿真研究……………………………………………………… ５７
３．４　多胞型不確定時滯係統的魯棒模型預測控製……………………… ５９
３．４． １　係統描述……………………………………………………… ５９
３． ４． ２　主要結果……………………………………………………… ６０
３． ５　多胞型時滯係統的準Ｍｉｎ － Ｍａｘ 魯棒預測控製…………………… ６３
３． ５． １　問題描述……………………………………………………… ６３
３． ５． ２　仿真研究……………………………………………………… ６７
３． ６　本章小結……………………………………………………………… ７２
參考文獻…………………………………………………………………… ７２
第４ 章　切換係統的魯棒預測控製………………………………………… ７４
４．１　引言…………………………………………………………………… ７４
４． ２　模型描述……………………………………………………………… ７５
４．３　參數攝動切換係統預測控製………………………………………… ７６
４．３．１　問題１ 的解決………………………………………………… ７６
４．３． ２　問題２ 的解決………………………………………………… ７９
４．３． ３　問題３ 的解決………………………………………………… ７９
４． ３． ４　橢圓集的綫性切換係統的魯棒控製………………………… ８０
４． ３． ５　仿真結果１ …………………………………………………… ８０
４．３．６　仿真結果２ …………………………………………………… ８１
４． ４　時滯切換係統模型預測控製………………………………………… ８３
４． ４． １　問題描述……………………………………………………… ８４
４． ４．２　橢圓集與輸入約束的時滯切換係統ＭＰＣ 算法…………… ８５
４．４． ３　仿真研究……………………………………………………… ９０
４．５　本章小結……………………………………………………………… ９１
參考文獻…………………………………………………………………… ９１
第５ 章　分段仿射係統的魯棒預測控製…………………………………… ９３
５． １　切換係統的推廣―分段仿射係統…………………………………… ９３
５． ２　分段仿射模型的建立………………………………………………… ９４
５． ３　分段仿射係統研究的熱點問題……………………………………… ９５
５． ４　分段仿射係統的應用………………………………………………… ９６
５． ５　分段仿射係統的平衡點與區域劃分………………………………… ９８
５． ５． １　分段仿射係統的平衡點……………………………………… ９８
５． ５． ２　分段仿射係統的區域劃分…………………………………… ９８
５． ５． ３　區域劃分的橢圓集錶示……………………………………… ９９
５． ５． ４　平衡點與橢圓集的坐標變換……………………………… １００
５． ６　分段仿射係統的預測控製………………………………………… １００
５．６． １　問題描述…………………………………………………… １００
５．６．２　性能指標的上界…………………………………………… １０１
５． ６．３　終止區域劃分的橢圓集描述……………………………… １０２
５． ６． ４　分段仿射係統的預測控製算法…………………………… １０２
５． ６． ５　控製約束…………………………………………………… １０９
５． ６． ６　分段仿射係統的預測控製算法改進……………………… １１０
５．６． ７　穩定性分析………………………………………………… １１２
５．７　多胞不確定ＰＷＡ 係統的預測控製……………………………… １１３
５．７．１　係統描述…………………………………………………… １１３
５． ７．２　性能指標優化問題………………………………………… １１５
５． ７． ３　控製約束問題……………………………………………… １２０
５．７．４　穩定性分析………………………………………………… １２１
５． ７． ５　仿真研究…………………………………………………… １２２
５． ８　本章小結…………………………………………………………… １２４
參考文獻…………………………………………………………………… １２４
第６ 章　非綫性係統的魯棒模糊預測控製………………………………… １２８
６． １　引言………………………………………………………………… １２８
６．２　預備知識…………………………………………………………… １２８
６． ２．１　Ｔ － Ｓ 模糊模型……………………………………………… １２９
６． ２．２　模糊調節器………………………………………………… １３０
６．３　基於模糊調節器的魯棒非綫性模型預測控製…………………… １３０
６． ３．１　魯棒模型預測控製問題描述……………………………… １３１
６． ３． ２　無約束係統魯棒模型預測控製…………………………… １３１
６． ３． ３　約束係統魯棒模型預測控製……………………………… １３３
６． ３．４　滾動實現的可行性………………………………………… １３５
６． ３．５　閉環係統魯棒穩定性……………………………………… １３６
６． ３． ６　討論………………………………………………………… １３７
６． ４　一種基於模糊模型的準魯棒模型預測控製方法………………… １３７
６． ４． １　問題描述…………………………………………………… １３７
６． ４． ２　準魯棒模型預測控製……………………………………… １３８
６． ４． ３　滾動實現的可行性………………………………………… １４１
６． ４． ４　閉環係統魯棒穩定性……………………………………… １４２
６． ４． ５　討論………………………………………………………… １４３
６． ４．６　仿真研究…………………………………………………… １４３
６．５　不確定模糊係統魯棒模型預測控製……………………………… １４４
６． ５． １　係統描述…………………………………………………… １４５
６． ５． ２　模糊不確定係統非綫性鎮定……………………………… １４６
６． ５． ３　並行分布補償控製律……………………………………… １４９
６． ６　基於狀態反饋的魯棒模型預測控製……………………………… １４９
６．６． １　魯棒性能指標上界………………………………………… １４９
６． ６． ２　穩定性約束………………………………………………… １５０
６． ６． ３　極小化問題………………………………………………… １５１
６．６． ４　輸入約束…………………………………………………… １５２
６．６． ５　輸齣約束…………………………………………………… １５２
６．６． ６　約束係統魯棒模型預測控製……………………………… １５４
６． ６． ７　滾動實現的可行性與魯棒性……………………………… １５４
６． ７　基於並行分布補償控製器的魯棒模型預測控製………………… １５５
６． ７． １　無約束魯棒ＭＰＣ …………………………………………… １５５
６． ７．２　約束魯棒ＭＰＣ ……………………………………………… １５６
６． ７． ３　仿真研究…………………………………………………… １５８
６． ８　基於Ｔ － Ｓ 模型的非綫性時滯係統預測控製…………………… １６０
６． ８． １　係統描述…………………………………………………… １６０
６． ８． ２　主要結果…………………………………………………… １６２
６．８． ３　仿真研究…………………………………………………… １６７
６．９　本章小結…………………………………………………………… １６９
參考文獻…………………………………………………………………… １６９
第７ 章　非完整約束係統的預測控製研究………………………………… １７１
７． １　基本概念與問題…………………………………………………… １７１
７． １． １　非完整係統定義…………………………………………… １７１
７． １． ２　移動機器人的非完整約束………………………………… １７１
７．２　移動機器人的建模………………………………………………… １７３
７．２． １　笛卡兒坐標係下的機器人運動學模型…………………… １７３
７． ２．2分幾何工具……………………………………………………… １７８
７． ４　移動機器人的可控性與可鎮定性………………………………… １８１
７． ５　機器人模型的問題描述及跟蹤控製器設計……………………… １８２
７． ５． １　針對模型的問題描述……………………………………… １８２
７． ５． ２　跟蹤控製器的設計………………………………………… １８６
７．５．３　仿真………………………………………………………… １８８
７． ６　欠驅動無人艇的預測控製算法…………………………………… １９０
７． ６． １　無人艇的欠驅動控製……………………………………… １９０
７． ６．２　問題描述…………………………………………………… １９０
７．６． ３　控製器設計………………………………………………… １９２
７． ６． ４　仿真結果…………………………………………………… １９８
７． ７　本章小結…………………………………………………………… １９９
參考文獻…………………………………………………………………… ２００
第８ 章　高超聲速飛行器的再入預測控製………………………………… ２０１
８． １　引言………………………………………………………………… ２０１
８． ２　高超聲速飛行器的再入非綫性模型……………………………… ２０３
８． ３　基於ＳＤＲＥ 的再入控製器設計…………………………………… ２０４
８． ３． １　基於奇異攝動理論的再入ＳＤＲＥ 控製器………………… ２０５
８． ３． ２　仿真研究…………………………………………………… ２０７
８． ４　基於ＳＤＲＥ 的再入約束預測控製………………………………… ２０８
８． ４． １　再入飛行器的外環預測控製……………………………… ２０８
８． ４． ２　再入飛行器的內環預測控製……………………………… ２１２
８． ４． ３　仿真研究…………………………………………………… ２１３
８． ５　控製受限的再入魯棒預測控製…………………………………… ２１３
８． ５． １　基於參考模型的外環設計………………………………… ２１３
８． ５． ２　基於預測控製的內環設計………………………………… ２１５
８．５． ３　仿真研究…………………………………………………… ２１８
８． ６　本章小結…………………………………………………………… ２２０
參考文獻…………………………………………………………………… ２２０
第９ 章　水麵艇自主航跡跟蹤過程中的預測控製………………………… ２２２
９． １　引言………………………………………………………………… ２２２
９． ２　水麵無人艇航跡跟蹤控製係統建模……………………………… ２２３
９． ３　坐標係的建立……………………………………………………… ２２３
９．４　船舶的運動方程和水動力分析…………………………………… ２２４
９． ４． １　船舶的運動方程…………………………………………… ２２４
９． ４． ２　船舶水動力分析…………………………………………… ２２５
９． ５　舵機模型…………………………………………………………… ２２６
９． ６　水麵船舶航跡跟蹤控製模型……………………………………… ２２６
９．７　水麵無人艇航跡跟蹤預測控製…………………………………… ２３０
９． ８　拉格朗日乘子法處理輸入約束…………………………………… ２３２
９．９　仿真研究………………………………………………………… ２３４
９． ９．１　不同預測時域的控製器仿真……………………………… ２３４
９． ９． ２　不同加權矩陣的控製器仿真……………………………… ２３５
９． １０　基於乾擾觀測器的水麵無人艇航跡跟蹤預測控製……………… ２３７
９． １０． １　乾擾觀測器的設計………………………………………… ２３７
９．１０． ２　基於乾擾觀測器的模型預測控製器設計………………… ２３９
９．． １０． ３　基於乾擾觀測器的模型預測控製器穩定性分析………… ２４２
９． １０． ４　仿真研究…………………………………………………… ２４２
９． １１　模型預測控製在自航模航跡跟蹤上的應用……………………… ２４６
９．１１． １　自航模係統的整體結構…………………………………… ２４６
９． １１．２　自航模係統硬件設計……………………………………… ２４７
９． １１． ３　自航模係統軟件設計……………………………………… ２４８
９．１１．４　自航模航跡跟蹤控製實驗………………………………… ２４９
９． １２　自航模航跡跟蹤控製實驗結果…………………………………… ２５１
９． １２． １　無擾動自航模航跡跟蹤…………………………………… ２５１
９．１２． ２　有擾動自航模航跡跟蹤…………………………………… ２５２
９．１３　本章小結…………………………………………………………… ２５４
參考文獻…………………………………………………………………… ２５４

前言/序言

　　前言

　　當前社會經濟的發展使各應用領域對解決約束優化問題提齣瞭越來越高的要求，預測控製因為其在處理復雜約束優化控製問題方麵具有獨特的優勢，被廣泛應用在各個生産領域中。近年來，在航天、航空、航海、先進製造、環境醫療等許多領域中，逐漸齣現瞭用預測控製解決約束優化控製問題的研究，拓寬瞭預測控製的原 復雜係統的應用魯棒預測控製 下載 mobi epub pdf txt 電子書