有界扰动下约束非线性系统鲁棒经济模型预测控制EI北大核心CSCD

针对未知但有界扰动下约束非线性系统,提出一种新的鲁棒经济模型预测控制(Economic model predictive control,EMPC)策略,保证闭环系统对扰动输入具有输入到状态稳定性(Input-to-state stability,ISS).基于微分对策原理,分别优化经济目标函数和关于最优经济平衡点的鲁棒稳定性目标函数,其中经济最优性与鲁棒稳定性是具有冲突的两个控制目标.利用鲁棒稳定性目标最优值函数构造EMPC优化的隐式收缩约束,建立鲁棒EMPC的递推可行性和闭环系统关于最优经济平衡点相对于有界扰动输入到状态稳定性结果.最后以连续搅拌反应器为例,对比仿真验证本文策略的有效性.     

基于仿射控制输入的输入状态稳定非线性预测控制

针对有扰动的约束非线性系统,提出了一种基于仿射控制输入的反馈预测控制策略.采用无穷范数定义有限时域代价函数,对其进行极大极小优化得到预测控制律,并应用输入状态稳定分析了闭环系统的鲁棒稳定性,同时还给出了确定容许扰动上界的方法.最后,数值仿真说明本文的预测控制策略是有效的.     

基于多面体描述系统的鲁棒非线性预测控制

针对一类具有持续有界扰动的离散时间非线性系统, 提出一种基于多面体描述系统的鲁棒非线性模型预测控制策略. 首先利用泰勒级数构造多面体描述系统包裹原系统. 其次, 对该多面体描述系统构造鲁棒终端不变集和仿射输入型预测控制律. 进一步, 利用离散系统的输入状态实际稳定性(Input-to-state practical stability, ISpS)概念证明了闭环系统的鲁棒稳定性. 最后, 通过仿真验证了本结果的有效性.     

有界扰动多变量Hammerstein系统输入到 状态稳定模型预测控制

考虑具有状态和控制约束的有界未知扰动多变量Hammerstein系统,提出一种具有输入到状态稳定和有限L_2增益性能的鲁棒非线性模型预测控制策略.基于多变量线性子系统H_∞控制律,滚动预测非线性代数方程的解算误差,继而在线优化计算满足系统约束条件的预测控制量.利用输入到状态稳定性概念和L_2增益思想,建立闭环系统关于该扰动信号具有鲁棒稳定性和L_2增益的充分条件,使闭环系统不仅满足系统约束,而且对不确定扰动输入和解算误差具有鲁棒性.最后以工业聚丙烯多牌号切换过程控制为例,仿真验证本文算法的有效性.     

一种基于H∞理论的鲁棒预测控制方法

融合H∞控制的鲁棒概念和预测控制的滚动优化原理,提出了一种全新的约束动态对 策预测控制方法.对有状态和控制约束的不确定线性系统,证明了闭环系统的鲁棒稳定性并给 出了鲁棒性条件.该方法同时具有H∞控制和预测控制的优点:鲁棒性和显式处理约束的能力.     

区间时滞相关离散非线性系统的鲁棒模型预测控制

针对一类带有扰动、输入约束和凸多面体不确定性的区间时滞离散非线性系统, 提出一种鲁棒模型预测控制方法. 一方面, 利用min-max 模型预测控制求解鲁棒模型预测控制器, 以研究鲁棒预测控制在范数有界意义下的扰动抑制问题; 另一方面, 充分利用时滞的上下界信息构造Lyapunov 函数以得到控制器存在的充分条件. 最后给出了闭环系统鲁棒稳定性证明.     

基于输入状态稳定的离散广义系统预测控制

针对一类具有持续扰动和输入约束的离散广义系统, 研究其鲁棒预测控制器的设计问题. 将输入状态稳定的概念引入广义系统预测控制, 在quasi-min-max 性能指标下, 提出了广义系统双模鲁棒预测控制器的设计方法, 证明了基于双模鲁棒预测控制器的闭环广义系统输入状态稳定, 且具有正则、因果性. 数值仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

时变非线性不确定系统H∞鲁棒模型预测控制

针对输入受限的时变不确定非线性系统,提出一种H∞鲁棒模型预测控制策略。假设线性化系统矩阵一致有界,将非凸的无穷时域优化问题转化为带有单个线性矩阵不等式(LMI)约束的凸优化问题,降低控制量求解难度。结合滚动优化原理与H∞控制方法在线极小化性能指标,使得闭环系统满足控制性能和约束。在LMI框架下给出H∞NMPC的求解方法及其鲁棒稳定性充分条件。仿真实验对比验证了该策略的有效性。     

网络稳定性与控制的小增益原理:回顾与近期进展

小增益定理是现代控制理论中极为重要的基本工具之一,它在关联系统和不确定系统的鲁棒稳定性分析以及鲁棒控制器设计的许多工作中都发挥着极大的作用.基于输入到状态稳定性的概念,笔者于1994年首次提出了广义非线性小增益定理.与之前的小增益定理不同,这一结果为同时刻画关联系统的内部稳定性和外部稳定性提供了一个统一的框架.从镇定与鲁棒自适应控制到分散式或分布式控制以及输出调节(抗干扰渐近跟踪),基于非线性小增益定理已经发展出一系列的鲁棒非线性控制器设计新工具.在过去10年间,复杂非线性大系统已成为研究热点,驱动着小增益定理向更加完备的网络小增益定理方向发展,以期解决网络稳定性与控制中的新问题.对此,针对非线性小增益理论的一些最新研究进展及其在通讯和计算约束下的网络化控制和事件驱动控制应用结果进行综述,并对该理论的未来研究方向给出一些建议.     

高超声速飞行器的调度离线预测控制

本文将调度预测控制的思想应用于离线鲁棒预测控制,设计了高超声速飞行器计算有效的调度离线预测控制器.首先在不同的平衡点离线设计一系列控制规则,实际实施时只需要在不同的控制器之间进行切换,避免进行在线优化,大幅度减少了在线计算时间.通过估计局部控制器的稳定域,保证了切换控制器的稳定性.另外在确保良好控制品质的同时,还能够保证所有输入和状态均在给定约束范围.仿真试验表明,提出的方法能实现速度和高度较大范围的指令跟踪,所有输入和状态均在给定约束范围内;相比于在线鲁棒预测控制方法,仿真运行时间减少,可以实现高超声速飞行器的实时控制.     

鲁里叶系统鲁棒输入输出稳定性的H∞范数摄动界1)

讨论了一般鲁里叶系统的鲁棒输入、输出稳定性问题. 利用H     

鲁棒稳定性和鲁棒对角优势的关系

本文研究了多输入多输出系统的鲁棒稳定性和鲁棒对角优势的关系.不仅给出了使系统 鲁棒对角优势所需的鲁棒稳定性条件,而且还得出了系统鲁棒对角优势一定保证系统鲁棒稳 定这个一般性的结论.并可根据本文所给的结果,对允许摄动的最大边界进行估计,包括非结 构摄动的范数上界和结构性摄动的摄动矩阵的各元素的模的估计.本文得出的鲁棒对角优势 保证鲁棒稳定的结果是较少保守性的.     

衰减扰动下非线性预测控制系统的鲁棒稳定性

考虑一般形式的非线性预测控制系统,研究带终端约束的稳定预测控制策略在衰减扰动下的鲁棒稳定性问题,首先引入离散非线性系统的输入状态稳定性,然后针对上述预测控制策略得出了系统的稳定性结论。     

基于鲁棒一步集的Tube不变集鲁棒模型预测控制

针对一类干扰有界的输入和状态受约束线性离散系统,提出了一种基于鲁棒一步集的Tube不 变集鲁棒模型预测控制方法.首先采用多面体不变集离线设计方法得到基于多面体不变集序列的扩 展终端约束集;然后为了扩大鲁棒模型预测控制的初始状态允许区域,并提高系统的鲁棒性,在扩展终端约束集的基础上,通过引入鲁棒一步集并借助Tube不变集控制策略,设计了基于鲁棒一步集的鲁棒模型预测控制方法,并给出了算法的存在性和稳定性证明. 该方法不仅极大地扩大了初始状态允许区域,而且对有界干扰具有有效的抑制作用,使得受扰系统收敛到以原点为中心的最小鲁棒正不变集内.最后仿真验证了算法的有效性.     

约束分段仿射系统的鲁棒一步预测控制

针对一类具有附加有界扰动的离散时间约束分段仿射系统,提出了一种鲁棒低复杂性的模型预测控制方法,即鲁棒一步控制.首先,基于最大鲁棒正不变集,计算系统的最大鲁棒可稳定集并作为第一步预测状态的约束集,使得产生的滚动时域控制器可以在较小的预测时域内控制最大鲁棒可稳定集.然后,在最大鲁棒正不变集外,通过构建线性矩阵不等式来分析其鲁棒稳定性.两个步骤分别确保控制器的可行性和闭环系统的鲁棒稳定性.大量的数值例子表明,和已有的控制方法相比,所得的鲁棒一步控制器具有更低的复杂性.     

输入状态稳定的鲁棒预测控制

以有界干扰非线性系统为研究对象,设计一种基于近似可达集的鲁棒预测控制方法。该方法以鲁棒控制不变集作为终端约束集,采用一种简单的三次多项式逼近预测控制的待优化控制律,通过在线优化求解三次多项式的各项系数,并从理论上证明了所设计的鲁棒预测控制律可以使系统输入状态稳定。最后通过仿真实例验证了所提出的鲁棒预测控制方法的可行性和有效性。     

变参考轨迹下的鲁棒迭代学习模型预测控制

迭代学习模型预测控制是针对间歇过程的先进控制方法.它能通过迭代高精度跟踪给定参考轨迹,并保证时域上的闭环稳定性.然而,现有的迭代学习模型预测控制算法大多基于线性/线性化系统,且没有考虑参考轨迹变化的情况.本文基于线性参变系统提出一种能有效跟踪变参考轨迹的鲁棒迭代学习模型预测控制算法.首先,采用线性参变模型准确涵盖原始非线性系统的动态特性.然后,将鲁棒H_∞控制与传统迭代学习模型预测控制相结合,抑制变参考轨迹带来的跟踪误差波动,通过优化线性矩阵不等式约束下的目标函数求得控制输入.深入分析了鲁棒迭代学习模型预测控制的鲁棒稳定性和迭代收敛性.最后,通过对数值例子和连续搅拌反应釜系统的仿真验证了所提出算法的有效性.     

时延网络控制系统的模型预测控制

针对有输入约束的不确定时延网络控制系统,提出鲁棒模型预测控制方法;其中,将不确定时延建模为范数有界的输入矩阵的不确定性．给出了鲁棒性能指标的上界和系统渐近稳定的充分条件,通过在线求解LMI凸优化问题得到状态反馈控制律．仿真例子验证了该方法的有效性．     

约束分段仿射系统的鲁棒一步预测控制

针对一类具有附加有界扰动的离散时间约束分段仿射系统,提出了一种鲁棒低复杂性的模型预测控制方法,即鲁棒一步控制。首先,基于最大鲁棒正不变集,计算系统的最大鲁棒可稳定集并作为第一步预测状态的约束集,使得产生的滚动时域控制器可以在较小的预测时域内控制最大鲁棒可稳定集。然后,在最大鲁棒正不变集外,通过构建线性矩阵不等式来寻找而二次李雅普诺夫函数以证明其鲁棒稳定性。两个步骤分别确保控制器的可行性和闭环系统的鲁棒稳定性。大量的仿真例子表明,和已有的控制方法相比,所得的鲁棒一步控制器具有更低的复杂性。     

输入受限的多旋翼无人机轨迹跟踪鲁棒正定不变集设计

针对输入受限的多旋翼无人机轨迹跟踪问题设计了鲁棒正定不变集.考虑多旋翼无人机的非线性动力学模型、外部不确定干扰以及输入饱和约束等因素,首先设计带有干扰抵消项的非线性控制律以保证无人机轨迹跟踪的稳定性,进而基于线性矩阵不等式(LMIs)构造了鲁棒正定不变集.在所设计的控制律作用下,无人机轨迹跟踪误差一旦进入所构造的不变集则将始终处于该集合内,并最终趋于零.理论推导过程与仿真实验结果均验证了以上特性.