網(wǎng)絡(luò)信息模式下分布式協(xié)調(diào)模型預(yù)測(cè)控制研究.pdf

1、模型預(yù)測(cè)控制通常設(shè)計(jì)一個(gè)集中控制中心，由傳感器測(cè)量系統(tǒng)的狀態(tài)，控制器基于測(cè)量結(jié)果優(yōu)化全局控制輸入，再將其送到執(zhí)行器端對(duì)對(duì)象產(chǎn)生作用。隨著現(xiàn)代科技和通信技術(shù)的不斷提高，模型預(yù)測(cè)控制研究面臨的對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，一方面，由于需要實(shí)時(shí)在線優(yōu)化全局控制輸入，在處理快采樣周期的復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)存在優(yōu)化不及時(shí)的問(wèn)題；另一方面，傳統(tǒng)的集中式預(yù)測(cè)控制的信號(hào)依賴(lài)于單一的控制器，若集中式控制器與系統(tǒng)連接發(fā)生故障或失效，整個(gè)控制系統(tǒng)就會(huì)失效，其控制結(jié)構(gòu)的魯棒性和靈活性

2、都較差。上述問(wèn)題極大地限制了模型預(yù)測(cè)控制向更廣泛的領(lǐng)域拓展，復(fù)雜系統(tǒng)的控制逐漸從集中式轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化分布式協(xié)調(diào)方式，分布式協(xié)調(diào)模型預(yù)測(cè)控制已成為復(fù)雜系統(tǒng)控制的有效方法和手段。與集中式模型預(yù)測(cè)控制相比，分布式模型預(yù)測(cè)控制的安全性、可靠性和靈活性都得到很大提高，當(dāng)系統(tǒng)一部分傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障或部分單元被關(guān)閉時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)仍可保持一定的性能運(yùn)行，具有較高的故障容錯(cuò)能力。
　　研究分布式控制可以為模型預(yù)測(cè)控制算法向更廣泛的領(lǐng)域發(fā)展奠定關(guān)鍵

3、理論基礎(chǔ)。近年來(lái)，學(xué)者們針對(duì)某些特定的對(duì)象提出了分布式模型預(yù)測(cè)控制算法，相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究取得了一定的進(jìn)展。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，當(dāng)前分布式模型預(yù)測(cè)控制仍有待進(jìn)一步研究，如在如何降低控制器設(shè)計(jì)的保守性、如何保證其適用于更廣泛的復(fù)雜過(guò)程、如何在減少實(shí)時(shí)計(jì)算量的同時(shí)減少性能損失等諸多方面亟待探索。本文主要研究了分布式模型預(yù)測(cè)控制面臨的執(zhí)行器飽和、不確定時(shí)滯系統(tǒng)及信息協(xié)調(diào)機(jī)制等問(wèn)題，提出了網(wǎng)絡(luò)信息模式下分布式協(xié)調(diào)模型預(yù)測(cè)控制設(shè)計(jì)方法。具體

4、研究?jī)?nèi)容包括：
　　1）針對(duì)執(zhí)行器飽和受限的多胞型線性參數(shù)時(shí)變(linear parameter-varying，LPV)系統(tǒng)，提出了分布式協(xié)調(diào)模型預(yù)測(cè)控制算法。將執(zhí)行器飽和受限的全局系統(tǒng)分成多個(gè)子系統(tǒng)描述，針對(duì)較小規(guī)模的子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)獨(dú)立的分布式模型預(yù)測(cè)控制器，給出了多胞不確定系統(tǒng)的不變集條件，通過(guò)求解一組線性矩陣不等式（Linear Matrix Inequalities，LMIs）得到各子系統(tǒng)的控制器，引入迭代算法實(shí)現(xiàn)各個(gè)子

5、控制器的協(xié)調(diào)，通過(guò)仿真算例對(duì)所提出的分布式控制算法進(jìn)行驗(yàn)證。
　　2）考慮了帶多重狀態(tài)時(shí)滯和輸入時(shí)滯的不確定控制系統(tǒng)，提出了分布式模型預(yù)測(cè)控制設(shè)計(jì)方法。對(duì)于多重狀態(tài)時(shí)滯系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制問(wèn)題，通過(guò)對(duì)不同子系統(tǒng)設(shè)計(jì)獨(dú)立的控制器以減少在線計(jì)算量，通過(guò)求解一組LMIs優(yōu)化問(wèn)題得到各子系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制律及閉環(huán)系統(tǒng)魯棒控制性能指標(biāo)的上界，給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及魯棒分布式模型預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)方法。進(jìn)而，考慮同時(shí)含狀態(tài)和輸入時(shí)滯系統(tǒng)的控制問(wèn)

6、題，將相關(guān)結(jié)果擴(kuò)展到同時(shí)具有多重狀態(tài)時(shí)滯和輸入時(shí)滯情形，引入多步狀態(tài)反饋控制律降低分布式模型預(yù)測(cè)控制設(shè)計(jì)的保守性。數(shù)值仿真驗(yàn)證了相關(guān)算法的有效性。
　　3）考慮分布式模型預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中的量化信息協(xié)調(diào)及丟包問(wèn)題，提出了基于丟包補(bǔ)償?shù)姆植际侥Ｐ皖A(yù)測(cè)控制設(shè)計(jì)方法。在分布式控制器的協(xié)調(diào)過(guò)程中，考慮各個(gè)子系統(tǒng)的反饋控制律量化傳輸?shù)那樾危瑢G包情形建模為伯努利過(guò)程，分析了丟包情況下的分布式模型預(yù)測(cè)控制性能損失。引入丟包補(bǔ)償策略，提高了量

7、化信息協(xié)調(diào)及丟包情形下的分布式模型預(yù)測(cè)控制性能。仿真算例對(duì)提出的分布式預(yù)測(cè)控制算法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　4）分別針對(duì)標(biāo)稱(chēng)描述系統(tǒng)和線性參數(shù)時(shí)變系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于次序更新協(xié)調(diào)的分布式模型預(yù)測(cè)控制算法。與傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制需要更新所有子系統(tǒng)的輸入不同，次序更新分布式模型預(yù)測(cè)控制在各采樣時(shí)刻僅更新若干子系統(tǒng)的輸入，非當(dāng)前更新的子系統(tǒng)輸入采用最近優(yōu)化的結(jié)果代替，經(jīng)過(guò)若干采樣周期后可完成所有子系統(tǒng)的輸入更新，其控制器設(shè)計(jì)時(shí)間得到減少。相關(guān)結(jié)果在TB