不確定系統(tǒng)的魯棒預測控制算法研究.pdf

1、實際工業(yè)對象往往存在模型不確定性，采用定常數(shù)學模型的預測控制系統(tǒng)難以獲得期望的控制性能，甚至系統(tǒng)的穩(wěn)定性也難以得到保證。因此，針對不確定系統(tǒng)開展魯棒預測控制理論研究具有重要的實際意義。近十年來，現(xiàn)代預測控制定性綜合理論從保證穩(wěn)定性的角度出發(fā)，設計新的確保系統(tǒng)性能的魯棒預測控制設計方法，推動了魯棒預測控制理論的迅速發(fā)展，涌現(xiàn)出很多重要的研究成果。
　　 借助于現(xiàn)代預測控制定性綜合理論，不確定系統(tǒng)的魯棒預測控制的穩(wěn)定性雖然得到了較好

2、的解決，但尋找有效的控制方法使系統(tǒng)控制性能、初始可行域和在線計算量之間得到一個很好的平衡仍有待進一步深入研究。本論文從此出發(fā)，針對不確定系統(tǒng)中典型的多胞不確定系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)不確定系統(tǒng)，重點研究了具有穩(wěn)定性保證的魯棒預測控制算法設計和性能分析。論文的主要內(nèi)容和研究成果可總結(jié)如下：
　　 ●針對以往文獻在多胞不確定系統(tǒng)綜合設計方法的保守性，分別采用單一的Lyapunov函數(shù)和參數(shù)Lyapunov函數(shù)，給出兩種魯棒約束預測控制器的離線設計

3、在線優(yōu)化綜合方法。離線設計通過減少對橢圓不變集的短軸長度不必要的約束，在線優(yōu)化時采用時變的終端約束集，降低了設計的保守性，可以得到更優(yōu)的控制作用。另外，通過引入?yún)?shù)依賴的Lyapunov函數(shù)設計不變集，在保持原有設計的優(yōu)點的同時，進一步擴大初始可行域，獲得了更優(yōu)的控制性能。
　　 ●研究了兩類參數(shù)變化速度有界的LPV系統(tǒng)預測控制器的設計方法。針對參數(shù)非獨立變化速度有界LPV系統(tǒng)，提出新的模型預測方法，充分利用當前時刻可測參數(shù)的信

4、息量，引入更多的設計自由度進一步提高模型預測的精確度，以此為基礎所設計的魯棒MPC可以取得更優(yōu)的控制性能。另外，所提出的模型預測方法還可以有效處理參數(shù)非獨立變化速度有界LPV系統(tǒng)中參數(shù)具有不同變化速度上界值的系統(tǒng)，具有更為廣泛的適用范圍；針對參數(shù)獨立變化速度有界LPV系統(tǒng)，通過對其參數(shù)擴維后的結(jié)構(gòu)不確定系統(tǒng)采用反饋預測控制策略，設計了魯棒預測控制器，可以保證系統(tǒng)優(yōu)化問題的可行性和穩(wěn)定性，并取得了比開環(huán)MPC更優(yōu)的控制性能。
　　

5、 ●針對結(jié)構(gòu)不確定系統(tǒng)中應用范圍更為廣泛的線性分式模型，引入狀態(tài)反饋控制序列設計魯棒反饋預測控制在線算法，降低了單一反饋控制律設計的保守性，進一步擴大了初始可行域和取得了更優(yōu)的控制性能。同時設計了離線設計在線綜合的魯棒預測控制算法，將計算橢圓集的繁重計算量轉(zhuǎn)移到離線設計，通過在線優(yōu)化其組合系數(shù)，以較低的在線計算量獲得了較優(yōu)的控制性能。
　　 ●針對結(jié)構(gòu)不確定性時滯系統(tǒng)，基于LMI方法首先給出不變集條件，設計了基于單一狀態(tài)反饋的魯