預(yù)測控制在線優(yōu)化策略的研究.pdf

1、預(yù)測控制作為一類采用在線滾動(dòng)優(yōu)化的控制算法，以其良好的控制性能，靈活的處理各類約束的能力，受到工業(yè)界和理論界的廣泛重視。通過近十幾年的理論研究，現(xiàn)代預(yù)測控制綜合理論逐漸形成，涌現(xiàn)出很多重要的研究成果。穩(wěn)定性問題作為現(xiàn)代預(yù)測控制綜合理論的一個(gè)重要問題，雖然得到了較好的解決。但控制性能、在線計(jì)算量以及可行域的大小等實(shí)際控制中所關(guān)心的問題都仍有待研究。對(duì)于預(yù)測控制而言，其在線優(yōu)化策略的設(shè)計(jì)將決定其穩(wěn)定性及控制性能等問題。本文分別針對(duì)開環(huán)和閉環(huán)

2、預(yù)測控制策略，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，對(duì)其控制性能、在線計(jì)算量以及可行域大小等方面進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下： ⑴針對(duì)以往預(yù)測控制集結(jié)框架的不足，首先提出了一種更為一般的集結(jié)框架，從該框架出發(fā)可以更為方便地涵蓋以往開環(huán)策略中的各種減少優(yōu)化變量的方法，并為進(jìn)一步的理論分析和設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)；在該框架的基礎(chǔ)上，針對(duì)集結(jié)預(yù)測控制的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，給出了集結(jié)預(yù)測控制器穩(wěn)定性分析的一般方法，并以此為基礎(chǔ)研究了集結(jié)預(yù)測控制器的穩(wěn)定可行域

3、的估算方法。 ⑵針對(duì)集結(jié)預(yù)測控制器的控制性能問題，根據(jù)預(yù)測控制滾動(dòng)優(yōu)化的特點(diǎn)，即只有第一個(gè)控制量實(shí)際施加到控制對(duì)象，提出了等效集結(jié)及擬等效集結(jié)概念，并分析了四種條件下的等效集結(jié)和擬等效集結(jié)設(shè)計(jì)問題，給出了其設(shè)計(jì)方法。 ⑶針對(duì)有界擾動(dòng)系統(tǒng)的魯棒預(yù)測控制問題，通過改進(jìn)原ERPC的設(shè)計(jì)并利用擾動(dòng)不變集，設(shè)計(jì)了基于衰減集結(jié)的魯棒預(yù)測控制器，其特點(diǎn)是在線計(jì)算量低，控制性能較好；另外，為了降低因離線設(shè)計(jì)控制不變集帶來的保守性，基于廣

4、義集結(jié)框架，設(shè)計(jì)了一種集結(jié)魯棒預(yù)測控制器，利用雙模控制方法，通過增加終端集外的控制量，降低控制器的保守性。 ⑷針對(duì)多胞不確定系統(tǒng)的魯棒控制問題，提出了多步控制集的概念，進(jìn)而設(shè)計(jì)反饋魯棒預(yù)測控制器，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了采用單一或參數(shù)依賴Lyapunov函數(shù)的反饋魯棒預(yù)測控制器；另外，給出了反饋魯棒預(yù)測控制器的離線設(shè)計(jì)在線綜合的設(shè)計(jì)方法。 ⑸針對(duì)變化速率有限的LPV系統(tǒng)，首先利用該系統(tǒng)參數(shù)變化的特點(diǎn)給出了兩種預(yù)測系統(tǒng)模型未來變

5、化情況的算法，該算法采用代數(shù)運(yùn)算并且不增加系統(tǒng)模型的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)，從而對(duì)控制器的在線計(jì)算量不產(chǎn)生影響：進(jìn)一步，基于對(duì)未來系統(tǒng)模型的變化情況的預(yù)測，給出該LPV系統(tǒng)的反饋魯棒預(yù)測控制器設(shè)計(jì)。 ⑹針對(duì)以往魯棒預(yù)測控制大多采用LMI的形式，從而帶來了較大的在線計(jì)算量問題，采用閉環(huán)策略，將多胞不確定系統(tǒng)的魯棒預(yù)測控制問題轉(zhuǎn)化為QP問題，從而大大地降低了預(yù)測控制器的在線計(jì)算量。同時(shí)，提出了擴(kuò)展廣義插補(bǔ)的方法，從而解決了具有閉環(huán)策略的魯棒預(yù)測控