复杂系统的应用鲁棒预测控制PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 本书的背景和意义 1

1.2 模型预测控制的发展历史 2

1.2.1 MPC发展的理论基础 4

1.2.2 过程控制应用 5

1.3 模型预测控制的基本原理及特征 6

1.3.1 模型预测控制的基本原理 6

1.3.2 模型预测控制的特征 7

1.4 非线性模型预测控制的研究现状 8

1.4.1 典型的非线性模型预测控制方案 9

1.4.2 稳定性与鲁棒性研究 12

1.4.3 计算问题 15

1.4.4 非线性模型预测控制应用 15

1.4.5 将来的研究展望 16

1.5 本书的研究内容与结构安排 16

参考文献 18

第2章 预测控制的数学基础与基本方法 26

2.1 线性矩阵不等式 26

2.2 Schur补和S过程 26

2.2.1 Schur补 26

2.2.2 S过程 27

2.2.3 矩阵求逆 27

2.3 不变集 28

2.3.1 不变集基本原理 28

2.3.2 控制约束的处理 29

2.4 模型预测控制的一般形式 30

2.4.1 问题描述 30

2.4.2 性能指标的上界 30

2.4.3 离散线性系统的预测控制算法 31

2.4.4 控制约束 33

2.4.5 预测控制算法的改进 34

2.4.6 稳定性分析 35

2.5 鲁棒预测控制 37

2.6 本章小结 39

参考文献 39

第3章 时滞系统的鲁棒预测控制 41

3.1 引言 41

3.2 终端椭圆集约束的时滞系统预测控制 42

3.2.1 时滞系统的不变椭圆集 42

3.2.2 终端椭圆集约束的预测控制 45

3.2.3 带有混合约束的时滞系统预测控制 48

3.2.4 仿真研究 50

3.3 范数有界时滞系统的鲁棒预测控制 51

3.3.1 系统描述 51

3.3.2 主要结果 52

3.3.3 讨论 58

3.3.4 仿真研究 58

3.4 多胞型不确定时滞系统的鲁棒模型预测控制 60

3.4.1 系统描述 60

3.4.2 主要结果 61

3.5 多胞型时滞系统的准Min-Max鲁棒预测控制 65

3.5.1 问题描述 65

3.5.2 仿真研究 69

3.6 本章小结 74

参考文献 74

第4章 切换系统的鲁棒预测控制 76

4.1 引言 76

4.2 模型描述 77

4.3 参数摄动切换系统预测控制 78

4.3.1 问题1的解决 78

4.3.2 问题2的解决 81

4.3.3 问题3的解决 81

4.3.4 椭圆集的线性切换系统的鲁棒控制 82

4.3.5 仿真结果1 82

4.3.6 仿真结果2 83

4.4 时滞切换系统模型预测控制 85

4.4.1 问题描述 86

4.4.2 椭圆集与输入约束的时滞切换系统MPC算法 87

4.4.3 仿真研究 92

4.5 本章小结 93

参考文献 93

第5章 分段仿射系统的鲁棒预测控制 95

5.1 切换系统的推广——分段仿射系统 95

5.2 分段仿射模型的建立 96

5.3 分段仿射系统研究的热点问题 97

5.4 分段仿射系统的应用 98

5.5 分段仿射系统的平衡点与区域划分 100

5.5.1 分段仿射系统的平衡点 100

5.5.2 分段仿射系统的区域划分 100

5.5.3 区域划分的椭圆集表示 101

5.5.4 平衡点与椭圆集的坐标变换 102

5.6 分段仿射系统的预测控制 102

5.6.1 问题描述 102

5.6.2 性能指标的上界 103

5.6.3 终止区域划分的椭圆集描述 104

5.6.4 分段仿射系统的预测控制算法 105

5.6.5 控制约束 111

5.6.6 分段仿射系统的预测控制算法改进 112

5.6.7 稳定性分析 114

5.7 多胞不确定PWA系统的预测控制 116

5.7.1 系统描述 116

5.7.2 性能指标优化问题 118

5.7.3 控制约束问题 122

5.7.4 稳定性分析 123

5.7.5 仿真研究 125

5.8 本章小结 127

参考文献 127

第6章 非线性系统的鲁棒模糊预测控制 131

6.1 引言 131

6.2 预备知识 131

6.2.1 T-S模糊模型 132

6.2.2 模糊调节器 133

6.3 基于模糊调节器的鲁棒非线性模型预测控制 134

6.3.1 鲁棒模型预测控制问题描述 134

6.3.2 无约束系统鲁棒模型预测控制 135

6.3.3 约束系统鲁棒模型预测控制 136

6.3.4 滚动实现的可行性 139

6.3.5 闭环系统鲁棒稳定性 139

6.3.6 讨论 140

6.4 一种基于模糊模型的准鲁棒模型预测控制方法 141

6.4.1 问题描述 141

6.4.2 准鲁棒模型预测控制 141

6.4.3 滚动实现的可行性 144

6.4.4 闭环系统鲁棒稳定性 145

6.4.5 讨论 146

6.4.6 仿真研究 146

6.5 不确定模糊系统鲁棒模型预测控制 148

6.5.1 系统描述 148

6.5.2 模糊不确定系统非线性镇定 149

6.5.3 并行分布补偿控制律 152

6.6 基于状态反馈的鲁棒模型预测控制 153

6.6.1 鲁棒性能指标上界 153

6.6.2 稳定性约束 153

6.6.3 极小化问题 155

6.6.4 输入约束 155

6.6.5 输出约束 155

6.6.6 约束系统鲁棒模型预测控制 157

6.6.7 滚动实现的可行性与鲁棒性 157

6.7 基于并行分布补偿控制器的鲁棒模型预测控制 159

6.7.1 无约束鲁棒MPC 159

6.7.2 约束鲁棒MPC 160

6.7.3 仿真研究 162

6.8 基于T-S模型的非线性时滞系统预测控制 163

6.8.1 系统描述 163

6.8.2 主要结果 165

6.8.3 仿真研究 171

6.9 本章小结 173

参考文献 173

第7章 非完整约束系统的预测控制研究 174

7.1 基本概念与问题 174

7.1.1 非完整系统定义 174

7.1.2 移动机器人的非完整约束 174

7.2 移动机器人的建模 176

7.2.1 笛卡儿坐标系下的机器人运动学模型 176

7.2.2 笛卡儿坐标系下的机器人动力学模型 179

7.3 微分几何工具 181

7.4 移动机器人的可控性与可镇定性 185

7.5 机器人模型的问题描述及跟踪控制器设计 186

7.5.1 针对模型的问题描述 186

7.5.2 跟踪控制器的设计 190

7.5.3 仿真 191

7.6 欠驱动无人艇的预测控制算法 193

7.6.1 无人艇的欠驱动控制 193

7.6.2 问题描述 194

7.6.3 控制器设计 196

7.6.4 仿真结果 201

7.7 本章小结 203

参考文献 203

第8章 高超声速飞行器的再入预测控制 205

8.1 引言 205

8.2 高超声速飞行器的再入非线性模型 207

8.3 基于SDRE的再入控制器设计 209

8.3.1 基于奇异摄动理论的再入SDRE控制器 209

8.3.2 仿真研究 211

8.4 基于SDRE的再入约束预测控制 213

8.4.1 再入飞行器的外环预测控制 213

8.4.2 再入飞行器的内环预测控制 216

8.4.3 仿真研究 217

8.5 控制受限的再入鲁棒预测控制 218

8.5.1 基于参考模型的外环设计 218

8.5.2 基于预测控制的内环设计 219

8.5.3 仿真研究 223

8.6 本章小结 225

参考文献 225

第9章 水面艇自主航迹跟踪过程中的预测控制 227

9.1 引言 227

9.2 水面无人艇航迹跟踪控制系统建模 228

9.3 坐标系的建立 228

9.4 船舶的运动方程和水动力分析 229

9.4.1 船舶的运动方程 229

9.4.2 船舶水动力分析 230

9.5 舵机模型 231

9.6 水面船舶航迹跟踪控制模型 231

9.7 水面无人艇航迹跟踪预测控制 235

9.8 拉格朗日乘子法处理输入约束 237

9.9 仿真研究 239

9.9.1 不同预测时域的控制器仿真 239

9.9.2 不同加权矩阵的控制器仿真 241

9.10 基于干扰观测器的水面无人艇航迹跟踪预测控制 242

9.10.1 干扰观测器的设计 243

9.10.2 基于干扰观测器的模型预测控制器设计 245

9.10.3 基于干扰观测器的模型预测控制器稳定性分析 247

9.10.4 仿真研究 248

9.11 模型预测控制在自航模航迹跟踪上的应用 252

9.11.1 自航模系统的整体结构 252

9.11.2 自航模系统硬件设计 253

9.11.3 自航模系统软件设计 254

9.11.4 自航模航迹跟踪控制实验 255

9.12 自航模航迹跟踪控制实验结果 257

9.12.1 无扰动自航模航迹跟踪 257

9.12.2 有扰动自航模航迹跟踪 258

9.13 本章小结 260

参考文献 260