非線性模型預(yù)測控制方法

第1章 緒論 1

1．1 預(yù)測控制的研究背景與發(fā)展 1

1．2 幾種典型的非線性預(yù)測控制方法 3

1．2．1 添加終端零約束的預(yù)測控制 4

1．2．2 添加終端狀態(tài)集約束的預(yù)測控制 5

1．2．3 添加終端代價函數(shù)的預(yù)測控制 6

1．2．4 同時添加終端狀態(tài)集約束和終端代價函數(shù)的預(yù)測控制 8

1．3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 10

1．3．1 關(guān)于如何求取終端狀態(tài)約束集 11

1．3．2 關(guān)于如何求取終端代價函數(shù) 12

1．3．3 關(guān)于魯棒預(yù)測控制器設(shè)計 13

1．3．4 關(guān)于跟蹤問題中的預(yù)測控制 14

1．4 結(jié)構(gòu)安排 15

第2章 求取預(yù)測控制的終端狀態(tài)約束集 17

2．1 引言 17

2．2 終端狀態(tài)集需要滿足的三個基本條件 18

2．3 用外包集序列逼近最大終端狀態(tài)集 20

2．3．1 外包集序列的構(gòu)造方法 21

2．3．2 外包集序列的收斂性分析 22

2．3．3 支持向量機 23

2．3．4 最大終端狀態(tài)集的外包估計 25

2．3．5 用外包集序列逼近最大終端狀態(tài)集的計算步驟 27

2．3．6 仿真算例 29

2．4 用子集序列逼近最大終端狀態(tài)集 32

2．4．1 子集序列的構(gòu)造方法 32

2．4．2 子集序列的收斂性分析 34

2．4．3 用子集序列逼近最大終端狀態(tài)集的計算步驟 36

2．4．4 仿真算例 38

2．5 本章小結(jié) 40

第3章 求取預(yù)測控制的終端代價函數(shù) 41

3．1 引言 41

3．2 預(yù)測控制與最優(yōu)控制的關(guān)系 42

3．3 終端代價函數(shù)與終端狀態(tài)集之間的關(guān)系 46

3．4 終端代價函數(shù)與全局性能指標之間的關(guān)系 47

3．5 求取一個合適的終端代價函數(shù) 52

3．6 具有可變自調(diào)節(jié)終端代價函數(shù)的NMPC方案 54

3．6．1 問題描述 55

3．6．2 對閉環(huán)系統(tǒng)性能的證明 57

3．6．3 對自調(diào)節(jié)規(guī)則的說明 61

3．6．4 幾種自調(diào)節(jié)規(guī)則及其性質(zhì) 63

3．7 仿真算例 65

3．8 本章小結(jié) 69

第4章 魯棒預(yù)測控制方法 71

4．1 引言 71

4．2 以集合包含度為優(yōu)化指標的魯棒預(yù)測控制 72

4．2．1 預(yù)測可達集與集合包含度的定義 73

4．2．2 魯棒預(yù)測控制器設(shè)計 73

4．2．3 預(yù)測可達集與終端狀態(tài)集的計算方法 75

4．2．4 仿真算例 78

4．3 基于優(yōu)化線性反饋控制律的魯棒預(yù)測控制 80

4．3．1 輸入狀態(tài)大致穩(wěn)定的概念及相關(guān)結(jié)論 81

4．3．2 魯棒預(yù)測控制器設(shè)計 82

4．3．3 終端代價函數(shù)與終端狀態(tài)集的求取方法 87

4．3．4 仿真算例 89

4．4 基于優(yōu)化多項式反饋控制律的魯棒預(yù)測控制 90

4．4．1 相關(guān)定義 91

4．4．2 區(qū)間算法簡介 93

4．4．3 魯棒預(yù)測控制器設(shè)計 94

4．4．4 仿真算例 97

4．5 魯棒預(yù)測控制系統(tǒng)中的狀態(tài)估計研究 99

4．5．1 粒子濾波器簡介 101

4．5．2 濾波器性能對比仿真 106

4．5．3 CDPF在魯棒預(yù)測控制中的應(yīng)用仿真 108

4．6 本章小結(jié) 109

第5章 跟蹤問題中的預(yù)測控制 111

5．1 引言 111

5．2 對單個穩(wěn)定期望輸出點的逼近 112

5．2．1 問題描述 112

5．2．2 穩(wěn)定性分析 113

5．2．3 終端代價函數(shù)的求取 116

5．2．4 終端狀態(tài)約束集的求取 117

5．2．5 魯棒預(yù)測控制器設(shè)計 118

5．2．6 仿真算例 119

5．3 對期望輸出軌跡的跟蹤 120

5．3．1 問題描述 120

5．3．2 穩(wěn)定性分析 121

5．3．3 預(yù)測控制器設(shè)計 123

5．3．4 魯棒預(yù)測控制器設(shè)計 126

5．3．5 仿真算例 127

5．4 滾動控制律的次優(yōu)解法 132

5．4．1 基于斯特林插值公式的近似處理 133

5．4．2 近似滾動控制序列的求取 133

5．4．3 預(yù)測輸出的求取 136

5．4．4 次優(yōu)控制律的求取 138

5．4．5 仿真算例 140

5．5 基于線性近似和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近的非線性系統(tǒng)預(yù)測控制 143

5．5．1 問題描述 144

5．5．2 基于線性近似的非線性模型預(yù)測控制 145

5．5．3 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近的模型預(yù)測控制 154

5．6 本章小結(jié) 160

第6章 預(yù)測控制在航天器末端自主交會中的應(yīng)用 161

6．1 引言 161

6．2 基于視線坐標系的相對運動方程 162

6．3 應(yīng)用仿真 168

6．4 本章小結(jié) 174

第7章 模型預(yù)測控制在飛行器姿態(tài)機動中的應(yīng)用 175

7．1 引言 175

7．2 飛行器姿態(tài)運動方程的轉(zhuǎn)換與解耦 176

7．3 模型預(yù)測控制器設(shè)計 181

7．4 應(yīng)用仿真分析 184

7．5 本章小結(jié) 187

第8章 結(jié)論與展望 188

8．1 主要工作總結(jié) 188

8．2 存在的問題與下一步的研究方向 190

參考文獻 192