《複雜系統的套用魯棒預測控制》是2017年由電子工業出版社出版的圖書，作者是劉志林。
基本介紹
- 書名：複雜系統的套用魯棒預測控制
- 作者：劉志林等
- ISBN：9787121321047
- 頁數：268
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2017-06
- 開本：16開
內容簡介,目錄,
內容簡介
複雜不確定系統的綜合和設計一直是控制領域研究的重點。本書基於魯棒預測控制的滾動最佳化，線上預測策略實現多約束條件的線性和非線性系統的魯棒鎮定和魯棒跟蹤，設計高效有穩定性保證的非線性預測控制器。結合基於狀態空間魯棒控制新的參數依賴型Lyapunov-Krasovskii函式、不變集約束的最佳化、混雜系統的分段仿射、模糊建模等技術，降低複雜系統最小最大化預測控制的保守性和設計的複雜度。
目錄
第1 章 緒論…………………………………………………………………… 1
1.1 本書的背景和意義…………………………………………………… 1
1. 2 模型預測控制的發展歷史…………………………………………… 2
1. 2.1 MPC 發展的理論基礎………………………………………… 4
1. 2. 2 過程控制套用………………………………………………… 5
1. 3 模型預測控制的基本原理及特徵…………………………………… 5
1. 3. 1 模型預測控制的基本原理…………………………………… 5
1. 3. 2 模型預測控制的特徵………………………………………… 7
1. 4 非線性模型預測控制的研究現狀…………………………………… 8
1.4. 1 典型的非線性模型預測控制方案…………………………… 8
1.4.2 穩定性與魯棒性研究………………………………………… 12
1.4.3 計算問題……………………………………………………… 14
1. 4. 4 非線性模型預測控制套用…………………………………… 15
1. 4.5 將來的研究展望……………………………………………… 15
1. 5 本書的研究內容與結構安排………………………………………… 16
參考文獻…………………………………………………………………… 18
第2 章 預測控制的數學基礎與基本方法………………………………… 25
2.1 線性矩陣不等式……………………………………………………… 25
2. 2 Schur 補和S 過程…………………………………………………… 25
2. 2. 1 Schur 補……………………………………………………… 25
2. 2. 2 S 過程………………………………………………………… 26
2. 2. 3 矩陣求逆……………………………………………………… 26
2. 3 不變集………………………………………………………………… 27
2.3.1 不變集基本原理……………………………………………… 27
2. 3.2 控制約束的處理……………………………………………… 28
2. 4 模型預測控制的一般形式…………………………………………… 29
2.4. 1 問題描述……………………………………………………… 29
2.4.2 性能指標的上界……………………………………………… 29
2.4.3 離散線性系統的預測控制算法……………………………… 30
2.4.4 控制約束……………………………………………………… 32
2. 4.5 預測控制算法的改進………………………………………… 33
2. 4.6 穩定性分析…………………………………………………… 34
2. 5 魯棒預測控制………………………………………………………… 36
2. 6 本章小結……………………………………………………………… 38
參考文獻…………………………………………………………………… 38
第3 章 時滯系統的魯棒預測控制………………………………………… 40
3. 1 引言…………………………………………………………………… 40
3. 2 終端橢圓集約束的時滯系統預測控制……………………………… 41
3. 2.1 時滯系統的不變橢圓集……………………………………… 41
3.2. 2 終端橢圓集約束的預測控制………………………………… 43
3. 2.3 帶有混契約束的時滯系統預測控制………………………… 47
3. 2.4 仿真研究……………………………………………………… 48
3. 3 範數有界時滯系統的魯棒預測控制………………………………… 50
3. 3. 1 系統描述……………………………………………………… 50
3. 3. 2 主要結果……………………………………………………… 50
3. 3. 3 討論…………………………………………………………… 56
3. 3. 4 仿真研究……………………………………………………… 57
3.4 多胞型不確定時滯系統的魯棒模型預測控制……………………… 59
3.4. 1 系統描述……………………………………………………… 59
3. 4. 2 主要結果……………………………………………………… 60
3. 5 多胞型時滯系統的準Min － Max 魯棒預測控制…………………… 63
3. 5. 1 問題描述……………………………………………………… 63
3. 5. 2 仿真研究……………………………………………………… 67
3. 6 本章小結……………………………………………………………… 72
參考文獻…………………………………………………………………… 72
第4 章 切換系統的魯棒預測控制………………………………………… 74
4.1 引言…………………………………………………………………… 74
4. 2 模型描述……………………………………………………………… 75
4.3 參數攝動切換系統預測控制………………………………………… 76
4.3.1 問題1 的解決………………………………………………… 76
4.3. 2 問題2 的解決………………………………………………… 79
4.3. 3 問題3 的解決………………………………………………… 79
4. 3. 4 橢圓集的線性切換系統的魯棒控制………………………… 80
4. 3. 5 仿真結果1 …………………………………………………… 80
4.3.6 仿真結果2 …………………………………………………… 81
4. 4 時滯切換系統模型預測控制………………………………………… 83
4. 4. 1 問題描述……………………………………………………… 84
4. 4.2 橢圓集與輸入約束的時滯切換系統MPC 算法…………… 85
4.4. 3 仿真研究……………………………………………………… 90
4.5 本章小結……………………………………………………………… 91
參考文獻…………………………………………………………………… 91
第5 章 分段仿射系統的魯棒預測控制…………………………………… 93
5. 1 切換系統的推廣—分段仿射系統…………………………………… 93
5. 2 分段仿射模型的建立………………………………………………… 94
5. 3 分段仿射系統研究的熱點問題……………………………………… 95
5. 4 分段仿射系統的套用………………………………………………… 96
5. 5 分段仿射系統的平衡點與區域劃分………………………………… 98
5. 5. 1 分段仿射系統的平衡點……………………………………… 98
5. 5. 2 分段仿射系統的區域劃分…………………………………… 98
5. 5. 3 區域劃分的橢圓集表示……………………………………… 99
5. 5. 4 平衡點與橢圓集的坐標變換……………………………… 100
5. 6 分段仿射系統的預測控制………………………………………… 100
5.6. 1 問題描述…………………………………………………… 100
5.6.2 性能指標的上界…………………………………………… 101
5. 6.3 終止區域劃分的橢圓集描述……………………………… 102
5. 6. 4 分段仿射系統的預測控制算法…………………………… 102
5. 6. 5 控制約束…………………………………………………… 109
5. 6. 6 分段仿射系統的預測控制算法改進……………………… 110
5.6. 7 穩定性分析………………………………………………… 112
5.7 多胞不確定PWA 系統的預測控制……………………………… 113
5.7.1 系統描述…………………………………………………… 113
5. 7.2 性能指標最佳化問題………………………………………… 115
5. 7. 3 控制約束問題……………………………………………… 120
5.7.4 穩定性分析………………………………………………… 121
5. 7. 5 仿真研究…………………………………………………… 122
5. 8 本章小結…………………………………………………………… 124
參考文獻…………………………………………………………………… 124
第6 章 非線性系統的魯棒模糊預測控制………………………………… 128
6. 1 引言………………………………………………………………… 128
6.2 預備知識…………………………………………………………… 128
6. 2.1 T － S 模糊模型……………………………………………… 129
6. 2.2 模糊調節器………………………………………………… 130
6.3 基於模糊調節器的魯棒非線性模型預測控制…………………… 130
6. 3.1 魯棒模型預測控制問題描述……………………………… 131
6. 3. 2 無約束系統魯棒模型預測控制…………………………… 131
6. 3. 3 約束系統魯棒模型預測控制……………………………… 133
6. 3.4 滾動實現的可行性………………………………………… 135
6. 3.5 閉環系統魯棒穩定性……………………………………… 136
6. 3. 6 討論………………………………………………………… 137
6. 4 一種基於模糊模型的準魯棒模型預測控制方法………………… 137
6. 4. 1 問題描述…………………………………………………… 137
6. 4. 2 準魯棒模型預測控制……………………………………… 138
6. 4. 3 滾動實現的可行性………………………………………… 141
6. 4. 4 閉環系統魯棒穩定性……………………………………… 142
6. 4. 5 討論………………………………………………………… 143
6. 4.6 仿真研究…………………………………………………… 143
6.5 不確定模糊系統魯棒模型預測控制……………………………… 144
6. 5. 1 系統描述…………………………………………………… 145
6. 5. 2 模糊不確定系統非線性鎮定……………………………… 146
6. 5. 3 並行分布補償控制律……………………………………… 149
6. 6 基於狀態反饋的魯棒模型預測控制……………………………… 149
6.6. 1 魯棒性能指標上界………………………………………… 149
6. 6. 2 穩定性約束………………………………………………… 150
6. 6. 3 極小化問題………………………………………………… 151
6.6. 4 輸入約束…………………………………………………… 152
6.6. 5 輸出約束…………………………………………………… 152
6.6. 6 約束系統魯棒模型預測控制……………………………… 154
6. 6. 7 滾動實現的可行性與魯棒性……………………………… 154
6. 7 基於並行分布補償控制器的魯棒模型預測控制………………… 155
6. 7. 1 無約束魯棒MPC …………………………………………… 155
6. 7.2 約束魯棒MPC ……………………………………………… 156
6. 7. 3 仿真研究…………………………………………………… 158
6. 8 基於T － S 模型的非線性時滯系統預測控制…………………… 160
6. 8. 1 系統描述…………………………………………………… 160
6. 8. 2 主要結果…………………………………………………… 162
6.8. 3 仿真研究…………………………………………………… 167
6.9 本章小結…………………………………………………………… 169
參考文獻…………………………………………………………………… 169
第7 章 非完整約束系統的預測控制研究………………………………… 171
7. 1 基本概念與問題…………………………………………………… 171
7. 1. 1 非完整系統定義…………………………………………… 171
7. 1. 2 移動機器人的非完整約束………………………………… 171
7.2 移動機器人的建模………………………………………………… 173
7.2. 1 笛卡兒坐標系下的機器人運動學模型…………………… 173
7. 2.2分幾何工具……………………………………………………… 178
7. 4 移動機器人的可控性與可鎮定性………………………………… 181
7. 5 機器人模型的問題描述及跟蹤控制器設計……………………… 182
7. 5. 1 針對模型的問題描述……………………………………… 182
7. 5. 2 跟蹤控制器的設計………………………………………… 186
7.5.3 仿真………………………………………………………… 188
7. 6 欠驅動無人艇的預測控制算法…………………………………… 190
7. 6. 1 無人艇的欠驅動控制……………………………………… 190
7. 6.2 問題描述…………………………………………………… 190
7.6. 3 控制器設計………………………………………………… 192
7. 6. 4 仿真結果…………………………………………………… 198
7. 7 本章小結…………………………………………………………… 199
參考文獻…………………………………………………………………… 200
第8 章 高超聲速飛行器的再入預測控制………………………………… 201
8. 1 引言………………………………………………………………… 201
8. 2 高超聲速飛行器的再入非線性模型……………………………… 203
8. 3 基於SDRE 的再入控制器設計…………………………………… 204
8. 3. 1 基於奇異攝動理論的再入SDRE 控制器………………… 205
8. 3. 2 仿真研究…………………………………………………… 207
8. 4 基於SDRE 的再入約束預測控制………………………………… 208
8. 4. 1 再入飛行器的外環預測控制……………………………… 208
8. 4. 2 再入飛行器的內環預測控制……………………………… 212
8. 4. 3 仿真研究…………………………………………………… 213
8. 5 控制受限的再入魯棒預測控制…………………………………… 213
8. 5. 1 基於參考模型的外環設計………………………………… 213
8. 5. 2 基於預測控制的內環設計………………………………… 215
8.5. 3 仿真研究…………………………………………………… 218
8. 6 本章小結…………………………………………………………… 220
參考文獻…………………………………………………………………… 220
第9 章 水面艇自主航跡跟蹤過程中的預測控制………………………… 222
9. 1 引言………………………………………………………………… 222
9. 2 水面無人艇航跡跟蹤控制系統建模……………………………… 223
9. 3 坐標系的建立……………………………………………………… 223
9.4 船舶的運動方程和水動力分析…………………………………… 224
9. 4. 1 船舶的運動方程…………………………………………… 224
9. 4. 2 船舶水動力分析…………………………………………… 225
9. 5 舵機模型…………………………………………………………… 226
9. 6 水面船舶航跡跟蹤控制模型……………………………………… 226
9.7 水面無人艇航跡跟蹤預測控制…………………………………… 230
9. 8 拉格朗日乘子法處理輸入約束…………………………………… 232
9.9 仿真研究………………………………………………………… 234
9. 9.1 不同預測時域的控制器仿真……………………………… 234
9. 9. 2 不同加權矩陣的控制器仿真……………………………… 235
9. 10 基於干擾觀測器的水面無人艇航跡跟蹤預測控制……………… 237
9. 10. 1 干擾觀測器的設計………………………………………… 237
9.10. 2 基於干擾觀測器的模型預測控制器設計………………… 239
9.. 10. 3 基於干擾觀測器的模型預測控制器穩定性分析………… 242
9. 10. 4 仿真研究…………………………………………………… 242
9. 11 模型預測控制在自航模航跡跟蹤上的套用……………………… 246
9.11. 1 自航模系統的整體結構…………………………………… 246
9. 11.2 自航模系統硬體設計……………………………………… 247
9. 11. 3 自航模系統軟體設計……………………………………… 248
9.11.4 自航模航跡跟蹤控制實驗………………………………… 249
9. 12 自航模航跡跟蹤控制實驗結果…………………………………… 251
9. 12. 1 無擾動自航模航跡跟蹤…………………………………… 251
9.12. 2 有擾動自航模航跡跟蹤…………………………………… 252
9.13 本章小結…………………………………………………………… 254
參考文獻…………………………………………………………………… 254
