非線性預(yù)測控制方法研究.pdf

1、模型預(yù)測控制通過在線滾動求解一個有限時域最優(yōu)控制問題來獲得最優(yōu)預(yù)測控制序列，并將當(dāng)前時刻的控制作用于對象，在下一個采樣時刻基于新的狀態(tài)或輸出測量值重復(fù)上述過程，其主要優(yōu)點是具有可以控制復(fù)雜非線性系統(tǒng)且處理同時控制和狀態(tài)硬約束的能力，其求得的控制律是某種意義下的次優(yōu)或最優(yōu)控制，預(yù)測控制作為一種先進(jìn)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油等工業(yè)生產(chǎn)線，取得顯著應(yīng)用成效。工業(yè)過程中存在一類復(fù)雜的受控對象，這種受控對象的復(fù)雜性不僅表現(xiàn)在具有多變量強(qiáng)耦合、參數(shù)時變

2、、不確定性和嚴(yán)重的非線性，更突出的是對受控對象難以用精確數(shù)學(xué)模型來描述，使得對受控對象的控制更加困難。基于智能建模的控制方法，如模糊建模和控制在解決復(fù)雜系統(tǒng)控制問題的過程中表現(xiàn)出巨大的潛力。因此，研究基于模糊系統(tǒng)建模的模型預(yù)測控制具有重要的理論意義及應(yīng)用價值。 本文將模糊系統(tǒng)分析建模與預(yù)測控制相結(jié)合，開展以下幾方面的工作： 1.利用動態(tài)模糊系統(tǒng)的分解性質(zhì)，將一般的模糊狀態(tài)空間系統(tǒng)分解為一些定義在子輸入空間上具有簡單結(jié)構(gòu)的

3、子模糊系統(tǒng)。引入分段連續(xù)的Lyapunov函數(shù)和S-procedure，以線性矩陣不等式的形式給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的一個新的充分條件，可以適用于具有不穩(wěn)定子系統(tǒng)和沒有公用正定陣的情況，并基于得到的穩(wěn)定性條件，為用模糊系統(tǒng)描述非線性受控對象及設(shè)計穩(wěn)定的控制器提供了新方法。對于以離散和連續(xù)形式的動態(tài)模糊系統(tǒng)描述的過程給出相應(yīng)的穩(wěn)定預(yù)測控制器，該預(yù)測控制器可以通過解一個差分方程或微分方程的兩點邊值問題得到。 2.針對受控對象為線性系統(tǒng)的非線

4、性預(yù)測控制，定義過渡時域，通過限制預(yù)測時域大于控制時域與過渡時域的和，采用多項式對輸出誤差加權(quán)，實現(xiàn)廣義預(yù)測控制(GPC)律，無需穩(wěn)定性約束，并證明了所提出的預(yù)測控制方法的穩(wěn)定性，且算法的計算量沒有任何增加。隨后討論了所設(shè)計的預(yù)測控制器的魯棒性。最后對存在約束的情況，討論對約束的處理。 3.研究具有未建模動態(tài)的離散非線性系統(tǒng)的模型預(yù)測控制，提出以離散模糊系統(tǒng)作為預(yù)測模型的一種雙模預(yù)測控制算法。討論如何采用動態(tài)模糊系統(tǒng)和T-S類型

5、模糊系統(tǒng)做為預(yù)測模型。在吸引域Ω外，以模糊系統(tǒng)為預(yù)測模型通過預(yù)測控制求得控制量施加于受控對象，在吸引域內(nèi)，根據(jù)提出的算法，切換至一個漸進(jìn)穩(wěn)定的線性控制器。在保留一定的建模誤差的情況下，證明了對于逼近非線性系統(tǒng)到一定程度的模糊系統(tǒng)的優(yōu)化問題解是非線性系統(tǒng)在終端不等式約束條件下的一個次優(yōu)解，并分析了上述算法的閉環(huán)穩(wěn)定性。對于輸入受限的情況，討論了閉環(huán)性質(zhì)，并在化學(xué)反應(yīng)器模型上針對非自適應(yīng)與自適應(yīng)兩種情況進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果顯示了良好的穩(wěn)

6、定性。 4.研究具有未建模動態(tài)的連續(xù)非線性系統(tǒng)的模型預(yù)測控制，提出以連續(xù)形式的模糊系統(tǒng)作為預(yù)測模型的一種雙模預(yù)測控制算法。在吸引域Ω外，以模糊系統(tǒng)為預(yù)測模型通過預(yù)測控制計算控制量施加于受控系統(tǒng)，在吸引域內(nèi)，根據(jù)提出的算法，切換至一個漸進(jìn)穩(wěn)定的線性控制器。在保留一定的建模誤差的情況下，證明了對于逼近連續(xù)非線性系統(tǒng)到一定程度的連續(xù)模糊系統(tǒng)優(yōu)化問題的解是連續(xù)非線性系統(tǒng)在終端不等式約束條件下的一個次優(yōu)解，并分析了閉環(huán)穩(wěn)定性。同樣，也討論