模型預測控制

編者的話
序
第1章 緒論
1.1 為什么出現(xiàn)預測控制
1.2 預測控制的基本原理
1.3 預測控制的基本特點
1.3.1 基于模型的預測
1.3.2 滾動優(yōu)化
1.3.3 前饋-反饋控制結構
1.4 本書概貌
第2章 基于狀態(tài)空間模型的預測控制
2.1 狀態(tài)空間模型
2.2 預測方程
2.3 無約束預測控制
2.3.1 開環(huán)優(yōu)化問題的數(shù)學描述
2.3.2 開環(huán)優(yōu)化問題的求解
2.3.3 預測控制閉環(huán)解
2.4 無約束預測控制的閉環(huán)系統(tǒng)分析
2.4.1 穩(wěn)定性分析
2.4.2 性能分析
2.5 基于估計的無約束預測控制
2.5.1 狀態(tài)估計
2.5.2 預測控制及其閉環(huán)解
2.5.3 閉環(huán)系統(tǒng)分析
第3章 基于階躍響應的無約束預測控制
3.1 SISO階躍響應模型的狀態(tài)空間描述
3.1.1 穩(wěn)定SISO系統(tǒng)的階躍響應模型
3.1.2 與卷積單位階躍響應模型的一致性
3.1.3 SISO積分系統(tǒng)的階躍響應模型
3.2 SISO系統(tǒng)的動態(tài)矩陣控制(DMC)
3.2.1 被控系統(tǒng)描述
3.2.2 狀態(tài)估計
3.2.3 預測方程
3.2.4 DMC算法及其控制律
3.2.5 閉環(huán)系統(tǒng)分析
3.3 SISO時滯系統(tǒng)的動態(tài)矩陣控制
3.3.1 SISO時滯系統(tǒng)的DMC算法
3.3.2 閉環(huán)系統(tǒng)分析
3.4 MIMO系統(tǒng)的動態(tài)矩陣控制
3.4.1 階躍響應模型的狀態(tài)空間描述
3.4.2 狀態(tài)估計
3.4.3 預測方程
3.4.4 MIMO-DMC算法及其控制律
3.4.5 閉環(huán)系統(tǒng)分析
3.5 三容液位實驗系統(tǒng)的預測控制
第4章 基于脈沖響應的無約束預測控制
4.1 SISO脈沖響應模型的狀態(tài)空間描述
4.1.1 穩(wěn)定系統(tǒng)的脈沖響應模型
4.1.2 積分系統(tǒng)的脈沖響應模型
4.2 SISO系統(tǒng)模型算法控制(MAC)
4.2.1 被控系統(tǒng)描述
4.2.2 狀態(tài)估計
4.2.3 預測方程
4.2.4 MAC算法及其控制律
4.2.5 閉環(huán)系統(tǒng)分析
4.3 改進的SISO系統(tǒng)模型算法控制
4.3.1 被控系統(tǒng)描述
4.3.2 狀態(tài)估計
4.3.3 預測方程
4.3.4 改進MAC算法及其控制律
4.3.5 閉環(huán)系統(tǒng)分析
4.4 MIMO系統(tǒng)的模型算法控制
4.4.1 脈沖響應模型的狀態(tài)空間描述
4.4.2 狀態(tài)估計
4.4.3 預測方程
4.4.4 MIMO-MAC算法及其控制律
4.4.5 閉環(huán)系統(tǒng)分析
第5章 線性系統(tǒng)約束預測控制
5.1 約束動態(tài)矩陣控制
5.1.1 約束優(yōu)化問題描述
5.1.2 約束優(yōu)化問題求解
5.1.3 約束DMC的閉環(huán)控制
5.2 約束模型算法控制
5.2.1 約束優(yōu)化問題描述
5.2.2 約束優(yōu)化問題求解
5.2.3 約束MAC的閉環(huán)控制
5.3 基于機理狀態(tài)模型的約束預測控制
5.3.1 約束優(yōu)化問題描述
5.3.2 約束優(yōu)化問題求解
5.3.3 約束MPC的閉環(huán)控制
5.3.4 QP問題的求解方法
5.4 約束預測控制的穩(wěn)定性
5.4.1 閉環(huán)系統(tǒng)的非線性特性
5.4.2 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性
5.4.3 最優(yōu)性≠穩(wěn)定性
5.4.4 無限時域MPC
5.4.5 無限預測時域和有限控制時域MPC
5.4.6 終端等式MPC
5.4.7 終端不等式MPC
第6章 非線性預測控制
6.1 前言
6.2 優(yōu)化問題的數(shù)學描述
6.2.1 基于離散時間模型
6.2.2 基于連續(xù)時間模型
6.3 非線性優(yōu)化問題求解及閉環(huán)控制
6.4 二次型準無限時域預測控制
6.4.1 優(yōu)化問題描述
6.4.2 計算終端域和終端懲罰
6.4.3 優(yōu)化問題的可行性
6.4.4 漸近穩(wěn)定性
6.4.5 數(shù)值例子
6.4.6 狀態(tài)約束的可行
6.5 廣義準無限時域非線性預測控制
6.5.1 優(yōu)化問題描述
6.5.2 名義穩(wěn)定性
6.5.3 優(yōu)化解存在性的討論
6.5.4 終端懲罰和終端域的討論
6.5.5 特例:精確反饋線性化系統(tǒng)
6.5.6 應用:剛性機器人系統(tǒng)
6.6 離散時間系統(tǒng)非線性預測控制
6.6.1 問題描述
6.6.2 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
6.6.3 基于二次型終端懲罰的準無限時域NMPC設計
6.6.4 三容系統(tǒng)的應用
6.7 注釋和參考文獻
第7章 魯棒預測控制
7.1 前言
7.2 基于博弈論的約束非線性系統(tǒng)魯棒MPC
7.2.1 問題描述
7.2.2 Minimax預測控制
7.2.3 閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性
7.2.4 終端控制律和終端約束集
7.2.5 討論
7.3 約束線性系統(tǒng)的滾動時域H∞控制
7.3.1 預備知識
7.3.2 無約束H∞控制和橢圓狀態(tài)域
7.3.3 時域約束轉換及約束H∞控制
7.3.4 滾動時域H∞控制算法
7.3.5 閉環(huán)系統(tǒng)性能分析
7.3.6 關于耗散約束
7.3.7 應用:主動懸架控制
7.4 Minimax問題的拉格朗日近似
7.5 約束不確定線性系統(tǒng)的滾動時域H∞控制
7.5.1 LFT不確定系統(tǒng)的約束H∞控制
7.5.2 LFT不確定系統(tǒng)的滾動時域H∞控制
7.5.3 應用:主動懸架控制
7.6 非線性系統(tǒng)的滾動時域H∞跟蹤控制
7.6.1 問題描述
7.6.2 滾動時域H∞跟蹤控制算法
7.6.3 閉環(huán)系統(tǒng)性能分析
7.6.4 改進的控制算法
7.6.5 應用:輪式移動機器人軌跡跟蹤控制
7.7 注釋和參考文獻
第8章 滾動時域估計
8.1 前言
8.2 滾動時域估計方法
8.2.1 從MPC到MHE
8.2.2 從概率估計到MHE
8.2.3 全信息MHE算法
8.2.4 有限時域MHE算法
8.2.5 特例:線性無約束且N=1
8.2.6 近似MHE算法
8.3 數(shù)值例子
8.4 CSTR的濃度估計
8.5 三容系統(tǒng)的液位估計
8.6 注釋和參考文獻
第9章 預測控制器的FPGA實現(xiàn)
9.1 引言
9.2 預測控制器研究現(xiàn)狀
9.3 FPGA和SoPC知識簡介
9.4 約束線性MPC算法
9.5 對偶優(yōu)化算法
9.6 MPC-FPGA控制器實現(xiàn)方案
9.6.1 系統(tǒng)需求分析
9.6.2 SoPC硬件系統(tǒng)設計
9.6.3 SoPC軟件系統(tǒng)設計
9.7 MPC-FPGA控制器實時仿真實驗平臺
9.8 MPC在電子節(jié)氣門中的應用實例
9.8.1 計算性能分析
9.8.2 實時仿真實驗
9.9 本章小結
參考文獻
附錄A 特征根證明
A.1 (I-KIC)Mss的特征根
A.2 (I-KIC)Mhs的特征根I
A.3 (I-KIC)Mhs的特征根II
附錄B MPC優(yōu)化問題值函數(shù)的性質
B.1 離散時間MPC優(yōu)化問題值函數(shù)的性質
B.2 連續(xù)時間MPC優(yōu)化問題值函數(shù)的性質