模型預(yù)測(cè)控制

編者的話(huà)
序
第1章 緒論
1.1 為什么出現(xiàn)預(yù)測(cè)控制
1.2 預(yù)測(cè)控制的基本原理
1.3 預(yù)測(cè)控制的基本特點(diǎn)
1.3.1 基于模型的預(yù)測(cè)
1.3.2 滾動(dòng)優(yōu)化
1.3.3 前饋-反饋控制結(jié)構(gòu)
1.4 本書(shū)概貌
第2章 基于狀態(tài)空間模型的預(yù)測(cè)控制
2.1 狀態(tài)空間模型
2.2 預(yù)測(cè)方程
2.3 無(wú)約束預(yù)測(cè)控制
2.3.1 開(kāi)環(huán)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述
2.3.2 開(kāi)環(huán)優(yōu)化問(wèn)題的求解
2.3.3 預(yù)測(cè)控制閉環(huán)解
2.4 無(wú)約束預(yù)測(cè)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(jì)的無(wú)約束預(yù)測(cè)控制
2.5.1 狀態(tài)估計(jì)
2.5.2 預(yù)測(cè)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(yīng)的無(wú)約束預(yù)測(cè)控制
3.1 SISO階躍響應(yīng)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(yīng)模型
3.1.2 與卷積單位階躍響應(yīng)模型的一致性
3.1.3 SISO積分系統(tǒng)的階躍響應(yīng)模型
3.2 SISO系統(tǒng)的動(dòng)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(jì)
3.2.3 預(yù)測(cè)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(shí)滯系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)矩陣控制
3.3.1 SISO時(shí)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(dòng)態(tài)矩陣控制
3.4.1 階躍響應(yīng)模型的狀態(tài)空間描述
3.4.2 狀態(tài)估計(jì)
3.4.3 預(yù)測(cè)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制
第4章 基于脈沖響應(yīng)的無(wú)約束預(yù)測(cè)控制
4.1 SISO脈沖響應(yīng)模型的狀態(tài)空間描述
4.1.1 穩(wěn)定系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)模型
4.1.2 積分系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)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(jì)
4.2.3 預(yù)測(cè)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(jìn)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(jì)
4.3.3 預(yù)測(cè)方程
4.3.4 改進(jìn)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(yīng)模型的狀態(tài)空間描述
4.4.2 狀態(tài)估計(jì)
4.4.3 預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)控制
5.1 約束動(dòng)態(tài)矩陣控制
5.1.1 約束優(yōu)化問(wèn)題描述
5.1.2 約束優(yōu)化問(wèn)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(wèn)題描述
5.2.2 約束優(yōu)化問(wèn)題求解
5.2.3 約束MAC的閉環(huán)控制
5.3 基于機(jī)理狀態(tài)模型的約束預(yù)測(cè)控制
5.3.1 約束優(yōu)化問(wèn)題描述
5.3.2 約束優(yōu)化問(wèn)題求解
5.3.3 約束MPC的閉環(huán)控制
5.3.4 QP問(wèn)題的求解方法
5.4 約束預(yù)測(cè)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(wú)限時(shí)域MPC
5.4.5 無(wú)限預(yù)測(cè)時(shí)域和有限控制時(shí)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(yù)測(cè)控制
6.1 前言
6.2 優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述
6.2.1 基于離散時(shí)間模型
6.2.2 基于連續(xù)時(shí)間模型
6.3 非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題求解及閉環(huán)控制
6.4 二次型準(zhǔn)無(wú)限時(shí)域預(yù)測(cè)控制
6.4.1 優(yōu)化問(wèn)題描述
6.4.2 計(jì)算終端域和終端懲罰
6.4.3 優(yōu)化問(wèn)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(zhǔn)無(wú)限時(shí)域非線性預(yù)測(cè)控制
6.5.1 優(yōu)化問(wèn)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(yīng)用:剛性機(jī)器人系統(tǒng)
6.6 離散時(shí)間系統(tǒng)非線性預(yù)測(cè)控制
6.6.1 問(wèn)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(zhǔn)無(wú)限時(shí)域NMPC設(shè)計(jì)
6.6.4 三容系統(tǒng)的應(yīng)用
6.7 注釋和參考文獻(xiàn)
第7章 魯棒預(yù)測(cè)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(wèn)題描述
7.2.2 Minimax預(yù)測(cè)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(dòng)時(shí)域H∞控制
7.3.1 預(yù)備知識(shí)
7.3.2 無(wú)約束H∞控制和橢圓狀態(tài)域
7.3.3 時(shí)域約束轉(zhuǎn)換及約束H∞控制
7.3.4 滾動(dòng)時(shí)域H∞控制算法
7.3.5 閉環(huán)系統(tǒng)性能分析
7.3.6 關(guān)于耗散約束
7.3.7 應(yīng)用:主動(dòng)懸架控制
7.4 Minimax問(wèn)題的拉格朗日近似
7.5 約束不確定線性系統(tǒng)的滾動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)域H∞控制
7.5.3 應(yīng)用:主動(dòng)懸架控制
7.6 非線性系統(tǒng)的滾動(dòng)時(shí)域H∞跟蹤控制
7.6.1 問(wèn)題描述
7.6.2 滾動(dòng)時(shí)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(jìn)的控制算法
7.6.5 應(yīng)用:輪式移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制
7.7 注釋和參考文獻(xiàn)
第8章 滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)
8.1 前言
8.2 滾動(dòng)時(shí)域估計(jì)方法
8.2.1 從MPC到MHE
8.2.2 從概率估計(jì)到MHE
8.2.3 全信息MHE算法
8.2.4 有限時(shí)域MHE算法
8.2.5 特例:線性無(wú)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(jì)
8.5 三容系統(tǒng)的液位估計(jì)
8.6 注釋和參考文獻(xiàn)
第9章 預(yù)測(cè)控制器的FPGA實(shí)現(xiàn)
9.1 引言
9.2 預(yù)測(cè)控制器研究現(xiàn)狀
9.3 FPGA和SoPC知識(shí)簡(jiǎn)介
9.4 約束線性MPC算法
9.5 對(duì)偶優(yōu)化算法
9.6 MPC-FPGA控制器實(shí)現(xiàn)方案
9.6.1 系統(tǒng)需求分析
9.6.2 SoPC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.6.3 SoPC軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.7 MPC-FPGA控制器實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
9.8 MPC在電子節(jié)氣門(mén)中的應(yīng)用實(shí)例
9.8.1 計(jì)算性能分析
9.8.2 實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)
9.9 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
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(wèn)題值函數(shù)的性質(zhì)
B.1 離散時(shí)間MPC優(yōu)化問(wèn)題值函數(shù)的性質(zhì)
B.2 連續(xù)時(shí)間MPC優(yōu)化問(wèn)題值函數(shù)的性質(zhì)