预测控制定性综合理论的基本思路和研究现状

通过引入最优控制理论和Lyapunov方法, 预测控制的理论研究在最近十多年中发展迅速, 取得了丰硕成果. 本文总结了预测控制定性综合理论的基本思路, 回顾了近十年关于具有稳定性和性能保证的预测控制的主要研究成果, 并根据近年来预测控制研究的发展趋势, 指出高效预测控制的研究已逐渐成为这一领域研究的热点.  

模型预测控制——现状与挑战

30多年来, 模型预测控制(Model predictive control, MPC)的理论和技术得到了长足的发展, 但面对经济社会迅速发展对约束优化控制提出的不断增长的要求, 现有的模型预测控制理论和技术仍面临着巨大挑战. 本文简要回顾了预测控制理论和工业应用的发展, 分析了现有理论和技术所存在的局限性, 提出需要加强预测控制的科学性、有效性、易用性和非线性研究. 文中简要综述了近年来预测控制研究和应用领域发展的新动向, 并指出了研究大系统、快速系统、低成本系统和非线性系统的预测控制对进一步发展预测控制理论和拓宽其应用范围的意义.  

预估网络控制系统的设计和分析

针对网络控制系统中存在的随机掉包和延迟情况．采用前向和反馈补偿设计网络状态观测器．并运用状态预估的方法设计网络预估控制系统（PNCS）。作为网络控制系统中的掉包和延迟的整体解决方案．同时介绍PNCS系统各部分设计的方法，并给出了闭环系统的稳定性条件．最后通过一个仿真算例验证了该系统的有效性．  

基于多面体不变集的离线鲁棒预测控制器综合

提出一种基于多面体不变集的离线鲁棒预测控制器综合算法.该算法离线确定一组反馈控制律及其对应的不变集,在线控制时根据当前状态所处的位置选择相应的控制律,不仅扩大了初始可行域,还能在一定程度上改善控制性能.仿真结果表明了采用多面体不变集的优越性.  

有界扰动系统高效鲁棒预测控制器设计

具有有界扰动的有约束线性系统是一类常见的不确定系统. 针对此类系统, 本文借鉴扰动不变集方法, 通过离线设计两个椭圆不变集以降低以往设计的保守性, 进而提出一种有界扰动系统的高效鲁棒预测控制器(SD–ERPC)的设计方法. 该方法能够较好地处理扰动对系统的影响, 在减小控制器在线计算量的同时, 扩大原ERPC设计的初始可行域, 且具有较好的控制性能. 文中给出了SD–ERPC控制器可行性和鲁棒稳定性的理论证明,并通过仿真算例验证了该控制器的有效性.  

一种改进的鲁棒约束预测控制器的综合设计方法

针对多包描述的不确定系统,提出一种新的鲁棒约束预测控制器.高线设计多包系统worst-case情况下性能最优的不变集,在线求解多包系统无穷时域性能指标的rain-max优化问题.设计方法采用了时变的终端约束集,扩大了初始可行域,并能获得较优的控制性能.仿真结果验证了该方法的有效性.  

基于多步控制集的鲁棒预测控制器设计

针对有约束多胞不确定系统, 本文提出多步控制集的概念, 并将其作为终端集进而设计鲁棒预测控制器. 由于设计了一系列可变的反馈律, 鲁棒预测控制器可以得到更好的控制性能和更大的初始可行域. 另外, 利用多步控制集的特性, 本文提出了一种将预测控制器的在线计算量转移到离线完成的算法. 通过该算法, 可以有效地平衡鲁棒预测控制器的控制性能、在线计算量和初始可行域. 仿真算例验证了这些算法的有效性.  

预测控制等效集结优化策略的研究

优化变量的集结策略是减少预测控制器的在线计算量的一种有效方法. 以往的集结策略大都建立在启发式的基础上，难以保持原预测控制器的性能. 本文从预测控制滚动优化只实际实施第一个控制量的特点出发，提出等效集结的概念，证明了在无约束和有终端零约束的情况下，只要适当选取集结矩阵，可以得到一个与集结前完全等效的集结预测控制器，并给出了确定集结矩阵的算法.  

三自由度直升机的无静差预测控制

直升机飞行系统属于典型的多输入、多输出系统,是一种较为复杂的被控对象。针对Googol三自由度直升机系统,通过分析其动力学特性,发现线性化模型在重力方向上存在误差,该误差会造成预测控制算法的静差;在设计无静差预测控制器的基础上进行闭环控制实验,同时结合实际情况对输入量加入硬约束。结果表明:在该控制器的作用下直升机能够稳态无静差地跟踪参考轨迹;并检验了扰动情况下控制器的控制效果,亦表明控制器具有良好的鲁棒性。  

DMC在线优化的分布式求解在FPGA上的实现

针对高维系统的动态矩阵控制（DMC），为克服单-FPGA计算资源有限的困难，提出以分布方式求解DMC的在线优化问题。采用多个FPGA，并通过板间的高速串行通道RocketlO交换信息，建立分布式求解系统。实验结果表明，分布式求解系统能有效解决DMC在线优化问题。