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。     

约束分段仿射系统的鲁棒最小时间控制

针对一类有界附加扰动的分段仿射系统,提出了一种离线低复杂性的鲁棒预测控制方法-鲁棒最小时间控制.首先计算系统的最大鲁棒正不变集和相关的局部稳定控制律,然后基于最大鲁棒正不变集通过多参数规划离线迭代计算系统的鲁棒一步集,得到的最小时间控制器覆盖最大鲁棒可稳定集.提出的鲁棒最小时间控制确保系统状态在最小时间内进入鲁棒正不变...     

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.     

饱和约束系统的鲁棒模型预测控制

针对饱和约束系统提出了一种鲁棒模型预测控制算法,分别考虑了多面体不确定性和结构反馈不确定性.考虑无穷时域的最坏二次性能指标,通过采用带有饱和特性的反馈控制结构,将控制律的求解转化为一个在线的线性矩阵不等式优化问题.初始时刻优化问题的可行性保证了闭环控制系统的鲁棒稳定性.最后的仿真结果说明了算法的优越性.     

基于可达集的鲁棒模型预测控制

设计了一种基于可达集的鲁棒模型预测控制算法.首先确定了一个鲁棒不变集,并将此不变集用作模型预测控制的终端约束集;接着采用终端约束集对可达集的包含度作为优化指标;最后,采用预测时域逐渐减小的控制策略以保证在线优化存在可行解.从理论上证明了吸引域内的任意点在有限时域内都会被引导至终端约束集并始终停留在此集之内,并由仿真算例验证了本文所设计鲁棒模型预测控制算法的可行性.     

基于LMI的多模型鲁棒预测控制

用线性矩阵不等式 (LMI)方法研究多模型鲁棒预测控制, 提出了状态反馈的综合方法, 并分析了闭环系统的可行性, 同时证明闭环系统渐近稳定. 在此基础上, 研究了带终端零状态的有限优化时域预测控制和无穷优化时域预测控制的性能, 证明了两者在性能上的一致性.     

一类干扰有界约束非线性系统的鲁棒模型预测控制

针对一类干扰有界约束非线性系统设计了基于控制不变集切换策略的鲁棒模型预测控制算法.针对非线性系统线性化之后的结果,给出了平衡点的非线性标称系统控制不变集的计算方法.然后在考虑线性化误差和加性有界干扰影响的基础上,构造了平衡点附近最小鲁棒正不变集.结合不变集切换策略和Tube不变集控制方法,提出了干扰有界约束非线性系统的不变集切换策略.最后将该算法应用到一类典型的非线性化工过程连续搅拌反应釜(CSTR)中,仿真结果验证了算法的有效性.     

运用区间算法的约束非线性系统鲁棒模型预测控制

针对一类具有输入和状态约束的干扰有界非线性系统,提出了基于区间分析的约束非线性鲁棒模型预测控制,以降低计算量并扩大系统吸引域.首先,在集合运算的基础上,利用区间运算和函数区间扩展,给出了一种计算效能更好、保守性更低的非线性系统鲁棒一步集计算方法;其次,构造重叠的多面体控制不变集序列并以此计算约束非线性系统的鲁棒多步集,并通过设计基于集合的在线优化策略,提出了基于鲁棒一步集的单步优化非线性模型预测控制,有效降低了非线性优化的在线计算量;最后,仿真实例验证了算法的有效性.     

基于状态观测器的直接约束鲁棒预测控制

针对多包描述线性离散不确定系统,提出一种在系统状态不可测时的直接约束鲁棒预测控制算法.将控制器与观测器综合设计,利用观测状态直接构造性能指标,通过求解无穷时域性能指标的最小最大优化问题,得到系统的最优状态反馈控制律.采用参数依赖Lyapunov函数,在满足输入和状态约束的情况下保证闭环系统稳定.仿真结果验证了算法的有效性.     

一类有约束的分段线性系统双模预测控制

研究分段线性（PL）系统预测控制问题,提出了PL系统双模预测控制,并证明了该方法的稳定性.该方法使用混合逻辑动态系统来建模PL系统,利用PL系统状态反馈控制来确定PL系统的受控不变集,并结合双模预测控制方法获得PL系统双模预测控制.该方法解决了系数矩阵的选择问题,不需要满足最终状态等式约束.一个分段线性系统的实例证明了该方法是可行的.     

Monotone Piecewise Affine Systems

Piecewise affine (PWA) systems are autonomous systems with discontinuous vector fields which are affine ordinary differential equations at the points of continuity. These systems have applications to many fields of engineering, including systems biology and traffic engineering. We define what it means for a PWA system to be monotone, and we provide a set of sufficient conditions for monotonicity of PWA systems with hyperrectangular invariants. Such sufficient conditions are useful for understanding the dynamics of such PWA systems and for designing controllers for qualitative, reference tracking. We apply these results towards the drug-discovery problem for the cancer-related p53 pathway.     

Optimal Discrete-time Integral Sliding Mode Control for Piecewise Affine Systems

International Journal of Control, Automation and Systems - This paper presents an optimal discrete-time integral sliding mode control for constrained piecewise affine systems. The proposed scheme...     

多速率分段线性系统预测控制的显式设计

针对输出采样周期是输入更新周期N倍的多速率分段线性(Piecewise linear, PWL)系统, 本文提出了保证稳定性的显式预测控制器设计方法. 首先, 基于动态规划原理将预测控制优化问题分解为多个单级优化问题; 然后, 根据分段线性系统各子模型以及目标函数的具体形式, 进一步将各单级优化问题分为若干个子问题, 再利用多参数二次规划(Multiparametric quadratic programming, MP-QP)方法求解;最后,通过比较各子问题的解从而得到系统的最优显式控制律. 在设计过程中, 将系统的最大正不变集作为优化问题的终端约束集, 从而保证了系统的稳定性. 仿真结果表明本文提出的显式预测控制方法能够有效降低多速率分段线性系统的在线计算时间, 在保证系统稳定性的同时, 满足其对输入更新速度的要求.     

Stable Model Predictive Control for Constrained Max-Plus-Linear Systems

Discrete-event systems with synchronization but no concurrency can be described by models that are “linear” in the max-plus algebra, and they are called max-plus-linear (MPL) systems. Examples of MPL systems often arise in the context of manufacturing systems, telecommunication networks, railway networks, parallel computing, etc. In this paper we provide a solution to a finite-horizon model predictive control (MPC) problem for MPL systems where it is required that the closed-loop input and state sequence satisfy a given set of linear inequality constraints. Although the controlled system is nonlinear, by employing results from max-plus theory, we give sufficient conditions such that the optimization problem that is performed at each step is a linear program and such that the MPC controller guarantees a priori stability and satisfaction of the constraints. We also show how one can use the results in this paper to compute a time-optimal controller for linearly constrained MPL systems.

约束Hammerstein系统输出反馈非线性预测控制

针对具有状态、输入和中间变量约束的Hammerstein系统,采用两步法控制策略,给出一种新的可保证闭环系统指数稳定的输出反馈非线性模型预测控制算法.基于Hammerstein系统的特殊结构,结合状态观测器给出无约束线性环节的输出反馈最优控制律,通过滚动优化一有限时域的约束优化问题计算实际控制量.给出保证闭环系统指数稳定的充分条件.以工业双环管聚丙烯装置牌号切换控制为例进行仿真,仿真结果验证该算法的有效性和实用性.     

具有不确定性的非线性切换系统的约束预测控制

针对一类具有不确定性和变量约束的非线性切换系统, 提出了一种基于Lyapunov函数的预测控制方法, 其中状态约束分为两种情况: 1)要求状态变量在所有时刻都满足约束(称为硬约束); 2)允许状态在某些时刻超出约束(称为软约束). 主要思想是: 对切换系统的每一个子系统, 在输入和状态均受约束的情况下, 设计基于Lyapunov函数的有界控制器和预测控制器, 在两者之间适当切换, 得到初始稳定区域的描述并使得子闭环系统保持稳定. 对整个切换系统, 设计适当的切换律以保证: 1)在切换时刻, 闭环系统的状态处在切入系统的稳定区域内; 2)切入模块的Lyapunov函数是非增的, 从而可保证稳定性. 在状态变量的约束是软约束时, 对每一子模块首先设计一个控制策略, 尽快将状态控制到初始稳定区域, 然后再利用稳定区域内的控制律使系统稳定.     

约束非线性系统的滑模预测控制方法

将预测控制和滑模控制结构起来,提出一种新的非线性模型预测控制方法,通过对系统状态预测得到切换函数预测值,求解约束开环优化求得预测控制律,并将当前时刻的控制作用于对象,下一时刻重复此过程,该方法具有预测控制在线处理约束及滑模控制滑动模态对干扰的不变性的优点,分析了零终端滑模约束模型预测控制的稳定性。