非線性模型預(yù)測(cè)控制方法

第1章 緒論 1

1．1 預(yù)測(cè)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(cè)控制方法 3

1．2．1 添加終端零約束的預(yù)測(cè)控制 4

1．2．2 添加終端狀態(tài)集約束的預(yù)測(cè)控制 5

1．2．3 添加終端代價(jià)函數(shù)的預(yù)測(cè)控制 6

1．2．4 同時(shí)添加終端狀態(tài)集約束和終端代價(jià)函數(shù)的預(yù)測(cè)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(jià)函數(shù) 12

1．3．3 關(guān)于魯棒預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì) 13

1．3．4 關(guān)于跟蹤問題中的預(yù)測(cè)控制 14

1．4 結(jié)構(gòu)安排 15

第2章 求取預(yù)測(cè)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(gè)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(jī) 23

2．3．4 最大終端狀態(tài)集的外包估計(jì) 25

2．3．5 用外包集序列逼近最大終端狀態(tài)集的計(jì)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(jì)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(cè)控制的終端代價(jià)函數(shù) 41

3．1 引言 41

3．2 預(yù)測(cè)控制與最優(yōu)控制的關(guān)系 42

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

3．4 終端代價(jià)函數(shù)與全局性能指標(biāo)之間的關(guān)系 47

3．5 求取一個(gè)合適的終端代價(jià)函數(shù) 52

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

3．6．1 問題描述 55

3．6．2 對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)性能的證明 57

3．6．3 對(duì)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(cè)控制方法 71

4．1 引言 71

4．2 以集合包含度為優(yōu)化指標(biāo)的魯棒預(yù)測(cè)控制 72

4．2．1 預(yù)測(cè)可達(dá)集與集合包含度的定義 73

4．2．2 魯棒預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì) 73

4．2．3 預(yù)測(cè)可達(dá)集與終端狀態(tài)集的計(jì)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(cè)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(cè)控制器設(shè)計(jì) 82

4．3．3 終端代價(jià)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(xiàng)式反饋控制律的魯棒預(yù)測(cè)控制 90

4．4．1 相關(guān)定義 91

4．4．2 區(qū)間算法簡(jiǎn)介 93

4．4．3 魯棒預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì) 94

4．4．4 仿真算例 97

4．5 魯棒預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)中的狀態(tài)估計(jì)研究 99

4．5．1 粒子濾波器簡(jiǎn)介 101

4．5．2 濾波器性能對(duì)比仿真 106

4．5．3 CDPF在魯棒預(yù)測(cè)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(cè)控制 111

5．1 引言 111

5．2 對(duì)單個(gè)穩(wěn)定期望輸出點(diǎn)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(jià)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(cè)控制器設(shè)計(jì) 118

5．2．6 仿真算例 119

5．3 對(duì)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(cè)控制器設(shè)計(jì) 123

5．3．4 魯棒預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì) 126

5．3．5 仿真算例 127

5．4 滾動(dòng)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(dòng)控制序列的求取 133

5．4．3 預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)控制 145

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

5．6 本章小結(jié) 160

第6章 預(yù)測(cè)控制在航天器末端自主交會(huì)中的應(yīng)用 161

6．1 引言 161

6．2 基于視線坐標(biāo)系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(cè)控制在飛行器姿態(tài)機(jī)動(dòng)中的應(yīng)用 175

7．1 引言 175

7．2 飛行器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程的轉(zhuǎn)換與解耦 176

7．3 模型預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì) 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(xiàn) 192