作者：刘志林
页数：268
出版社：电子工业出版社
出版日期：2017
ISBN：9787121321047
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内容简介
复杂不确定系统的综合和设计一直是控制领域研究的重点。本书基于鲁棒预测控制的滚动优化，在线预测策略实现多约束条件的线性和非线性系统的鲁棒镇定和鲁棒跟踪，设计高效有稳定性保证的非线性预测控制器。结合基于状态空间鲁棒控制新的参数依赖型Lyapunov-Krasovskii函数、不变集约束的优化、混杂系统的分段仿射、模糊建模等技术，降低复杂系统最小最大化预测控制的保守性和设计的复杂度。作者多年来致力于复杂系统鲁棒预测的算法、鲁棒稳定性、计算量等方面展开研究，本书综合作者多年研究结果，结合具体工程项目，对鲁棒预测控制的应用做出有益探索。
作者简介
刘志林，哈尔滨工程大学副教授，智能控制研究所副所长，哈尔滨工业大学博士毕业，博士后，博士生导师。作为项目负责人承担多项国家及省部级科研项目，目前在预测控制，船舶控制领域进行研究。出版学术专著2部，以第一或通讯作者发表SCI、EI检索论文40余篇，获得国防科技进步奖一等奖2项，黑龙江省科技进步奖二等奖1项。2014年入选中澳青年科学家学术交流计划，与澳大利亚新南威尔士大学、西澳大学、科廷大学、莫纳什大学、Austal Ship造船公司进行学术交流。2014年12月至2015年12月，德国杜伊斯堡艾森大学访问学者。
本书特色
复杂不确定系统的综合和设计一直是控制领域研究的重点。本书基于鲁棒预测控制的滚动优化，在线预测策略实现多约束条件的线性和非线性系统的鲁棒镇定和鲁棒跟踪，设计高效有稳定性保证的非线性预测控制器。结合基于状态空间鲁棒控制新的参数依赖型Lyapunov-Krasovskii函数、不变集约束的优化、混杂系统的分段仿射、模糊建模等技术，降低复杂系统最小最化预测控制的保守性和设计的复杂度。作者多年来致力于复杂系统鲁棒预测的算法、鲁棒稳定性、计算量等方面展开研究，本书综合作者多年研究结果，结合具体工程项目，对鲁棒预测控制的应用做出有益探索。
目录
第１ 章 绪论…………………………………………………………………… １
１.１ 本书的背景和意义…………………………………………………… １
１. ２ 模型预测控制的发展历史…………………………………………… ２
１. ２.１ ＭＰＣ 发展的理论基础………………………………………… ４
１. ２. ２ 过程控制应用………………………………………………… ５
１. ３ 模型预测控制的基本原理及特征…………………………………… ５
１. ３. １ 模型预测控制的基本原理…………………………………… ５
１. ３. ２ 模型预测控制的特征………………………………………… ７
１. ４ 非线性模型预测控制的研究现状…………………………………… ８
１.４. １ 典型的非线性模型预测控制方案…………………………… ８
１.４.２ 稳定性与鲁棒性研究………………………………………… １２
１.４.３ 计算问题……………………………………………………… １４
１. ４. ４ 非线性模型预测控制应用…………………………………… １５
１. ４.５ 将来的研究展望……………………………………………… １５
１. ５ 本书的研究内容与结构安排………………………………………… １６
参考文献…………………………………………………………………… １８
第２ 章 预测控制的数学基础与基本方法………………………………… ２５
２.１ 线性矩阵不等式……………………………………………………… ２５
２. ２ Ｓｃｈｕｒ 补和Ｓ 过程…………………………………………………… ２５
２. ２. １ Ｓｃｈｕｒ 补……………………………………………………… ２５
２. ２. ２ Ｓ 过程………………………………………………………… ２６
２. ２. ３ 矩阵求逆……………………………………………………… ２６
２. ３ 不变集………………………………………………………………… ２７
２.３.１ 不变集基本原理……………………………………………… ２７
２. ３.２ 控制约束的处理……………………………………………… ２８
２. ４ 模型预测控制的一般形式…………………………………………… ２９
２.４. １ 问题描述……………………………………………………… ２９
２.４.２ 性能指标的上界……………………………………………… ２９
２.４.３ 离散线性系统的预测控制算法……………………………… ３０
２.４.４ 控制约束……………………………………………………… ３２
２. ４.５ 预测控制算法的改进………………………………………… ３３
２. ４.６ 稳定性分析…………………………………………………… ３４
２. ５ 鲁棒预测控制………………………………………………………… ３６
２. ６ 本章小结……………………………………………………………… ３８
参考文献…………………………………………………………………… ３８
第３ 章 时滞系统的鲁棒预测控制………………………………………… ４０
３. １ 引言…………………………………………………………………… ４０
３. ２ 终端椭圆集约束的时滞系统预测控制……………………………… ４１
３. ２.１ 时滞系统的不变椭圆集……………………………………… ４１
３.２. ２ 终端椭圆集约束的预测控制………………………………… ４３
３. ２.３ 带有混合约束的时滞系统预测控制………………………… ４７
３. ２.４ 仿真研究……………………………………………………… ４８
３. ３ 范数有界时滞系统的鲁棒预测控制………………………………… ５０
３. ３. １ 系统描述……………………………………………………… ５０
３. ３. ２ 主要结果……………………………………………………… ５０
３. ３. ３ 讨论…………………………………………………………… ５６
３. ３. ４ 仿真研究……………………………………………………… ５７
３.４ 多胞型不确定时滞系统的鲁棒模型预测控制……………………… ５９
３.４. １ 系统描述……………………………………………………… ５９
３. ４. ２ 主要结果……………………………………………………… ６０
３. ５ 多胞型时滞系统的准Ｍｉｎ － Ｍａｘ 鲁棒预测控制…………………… ６３
３. ５. １ 问题描述……………………………………………………… ６３
３. ５. ２ 仿真研究……………………………………………………… ６７
３. ６ 本章小结……………………………………………………………… ７２
参考文献…………………………………………………………………… ７２
第４ 章 切换系统的鲁棒预测控制………………………………………… ７４
４.１ 引言…………………………………………………………………… ７４
４. ２ 模型描述……………………………………………………………… ７５
４.３ 参数摄动切换系统预测控制………………………………………… ７６
４.３.１ 问题１ 的解决………………………………………………… ７６
４.３. ２ 问题２ 的解决………………………………………………… ７９
４.３. ３ 问题３ 的解决………………………………………………… ７９
４. ３. ４ 椭圆集的线性切换系统的鲁棒控制………………………… ８０
４. ３. ５ 仿真结果１ …………………………………………………… ８０
４.３.６ 仿真结果２ …………………………………………………… ８１
４. ４ 时滞切换系统模型预测控制………………………………………… ８３
４. ４. １ 问题描述……………………………………………………… ８４
４. ４.２ 椭圆集与输入约束的时滞切换系统ＭＰＣ 算法…………… ８５
４.４. ３ 仿真研究……………………………………………………… ９０
４.５ 本章小结……………………………………………………………… ９１
参考文献…………………………………………………………………… ９１
第５ 章 分段仿射系统的鲁棒预测控制…………………………………… ９３
５. １ 切换系统的推广—分段仿射系统…………………………………… ９３
５. ２ 分段仿射模型的建立………………………………………………… ９４
５. ３ 分段仿射系统研究的热点问题……………………………………… ９５
５. ４ 分段仿射系统的应用………………………………………………… ９６
５. ５ 分段仿射系统的平衡点与区域划分………………………………… ９８
５. ５. １ 分段仿射系统的平衡点……………………………………… ９８
５. ５. ２ 分段仿射系统的区域划分…………………………………… ９８
５. ５. ３ 区域划分的椭圆集表示……………………………………… ９９
５. ５. ４ 平衡点与椭圆集的坐标变换……………………………… １００
５. ６ 分段仿射系统的预测控制………………………………………… １００
５.６. １ 问题描述…………………………………………………… １００
５.６.２ 性能指标的上界…………………………………………… １０１
５. ６.３ 终止区域划分的椭圆集描述……………………………… １０２
５. ６. ４ 分段仿射系统的预测控制算法…………………………… １０２
５. ６. ５ 控制约束…………………………………………………… １０９
５. ６. ６ 分段仿射系统的预测控制算法改进……………………… １１０
５.６. ７ 稳定性分析………………………………………………… １１２
５.７ 多胞不确定ＰＷＡ 系统的预测控制……………………………… １１３
５.７.１ 系统描述…………………………………………………… １１３
５. ７.２ 性能指标优化问题………………………………………… １１５
５. ７. ３ 控制约束问题……………………………………………… １２０
５.７.４ 稳定性分析………………………………………………… １２１
５. ７. ５ 仿真研究…………………………………………………… １２２
５. ８ 本章小结…………………………………………………………… １２４
参考文献…………………………………………………………………… １２４
第６ 章 非线性系统的鲁棒模糊预测控制………………………………… １２８
６. １ 引言………………………………………………………………… １２８
６.２ 预备知识…………………………………………………………… １２８
６. ２.１ Ｔ － Ｓ 模糊模型……………………………………………… １２９
６. ２.２ 模糊调节器………………………………………………… １３０
６.３ 基于模糊调节器的鲁棒非线性模型预测控制…………………… １３０
６. ３.１ 鲁棒模型
１.１ 本书的背景和意义…………………………………………………… １
１. ２ 模型预测控制的发展历史…………………………………………… ２
１. ２.１ ＭＰＣ 发展的理论基础………………………………………… ４
１. ２. ２ 过程控制应用………………………………………………… ５
１. ３ 模型预测控制的基本原理及特征…………………………………… ５
１. ３. １ 模型预测控制的基本原理…………………………………… ５
１. ３. ２ 模型预测控制的特征………………………………………… ７
１. ４ 非线性模型预测控制的研究现状…………………………………… ８
１.４. １ 典型的非线性模型预测控制方案…………………………… ８
１.４.２ 稳定性与鲁棒性研究………………………………………… １２
１.４.３ 计算问题……………………………………………………… １４
１. ４. ４ 非线性模型预测控制应用…………………………………… １５
１. ４.５ 将来的研究展望……………………………………………… １５
１. ５ 本书的研究内容与结构安排………………………………………… １６
参考文献…………………………………………………………………… １８
第２ 章 预测控制的数学基础与基本方法………………………………… ２５
２.１ 线性矩阵不等式……………………………………………………… ２５
２. ２ Ｓｃｈｕｒ 补和Ｓ 过程…………………………………………………… ２５
２. ２. １ Ｓｃｈｕｒ 补……………………………………………………… ２５
２. ２. ２ Ｓ 过程………………………………………………………… ２６
２. ２. ３ 矩阵求逆……………………………………………………… ２６
２. ３ 不变集………………………………………………………………… ２７
２.３.１ 不变集基本原理……………………………………………… ２７
２. ３.２ 控制约束的处理……………………………………………… ２８
２. ４ 模型预测控制的一般形式…………………………………………… ２９
２.４. １ 问题描述……………………………………………………… ２９
２.４.２ 性能指标的上界……………………………………………… ２９
２.４.３ 离散线性系统的预测控制算法……………………………… ３０
２.４.４ 控制约束……………………………………………………… ３２
２. ４.５ 预测控制算法的改进………………………………………… ３３
２. ４.６ 稳定性分析…………………………………………………… ３４
２. ５ 鲁棒预测控制………………………………………………………… ３６
２. ６ 本章小结……………………………………………………………… ３８
参考文献…………………………………………………………………… ３８
第３ 章 时滞系统的鲁棒预测控制………………………………………… ４０
３. １ 引言…………………………………………………………………… ４０
３. ２ 终端椭圆集约束的时滞系统预测控制……………………………… ４１
３. ２.１ 时滞系统的不变椭圆集……………………………………… ４１
３.２. ２ 终端椭圆集约束的预测控制………………………………… ４３
３. ２.３ 带有混合约束的时滞系统预测控制………………………… ４７
３. ２.４ 仿真研究……………………………………………………… ４８
３. ３ 范数有界时滞系统的鲁棒预测控制………………………………… ５０
３. ３. １ 系统描述……………………………………………………… ５０
３. ３. ２ 主要结果……………………………………………………… ５０
３. ３. ３ 讨论…………………………………………………………… ５６
３. ３. ４ 仿真研究……………………………………………………… ５７
３.４ 多胞型不确定时滞系统的鲁棒模型预测控制……………………… ５９
３.４. １ 系统描述……………………………………………………… ５９
３. ４. ２ 主要结果……………………………………………………… ６０
３. ５ 多胞型时滞系统的准Ｍｉｎ － Ｍａｘ 鲁棒预测控制…………………… ６３
３. ５. １ 问题描述……………………………………………………… ６３
３. ５. ２ 仿真研究……………………………………………………… ６７
３. ６ 本章小结……………………………………………………………… ７２
参考文献…………………………………………………………………… ７２
第４ 章 切换系统的鲁棒预测控制………………………………………… ７４
４.１ 引言…………………………………………………………………… ７４
４. ２ 模型描述……………………………………………………………… ７５
４.３ 参数摄动切换系统预测控制………………………………………… ７６
４.３.１ 问题１ 的解决………………………………………………… ７６
４.３. ２ 问题２ 的解决………………………………………………… ７９
４.３. ３ 问题３ 的解决………………………………………………… ７９
４. ３. ４ 椭圆集的线性切换系统的鲁棒控制………………………… ８０
４. ３. ５ 仿真结果１ …………………………………………………… ８０
４.３.６ 仿真结果２ …………………………………………………… ８１
４. ４ 时滞切换系统模型预测控制………………………………………… ８３
４. ４. １ 问题描述……………………………………………………… ８４
４. ４.２ 椭圆集与输入约束的时滞切换系统ＭＰＣ 算法…………… ８５
４.４. ３ 仿真研究……………………………………………………… ９０
４.５ 本章小结……………………………………………………………… ９１
参考文献…………………………………………………………………… ９１
第５ 章 分段仿射系统的鲁棒预测控制…………………………………… ９３
５. １ 切换系统的推广—分段仿射系统…………………………………… ９３
５. ２ 分段仿射模型的建立………………………………………………… ９４
５. ３ 分段仿射系统研究的热点问题……………………………………… ９５
５. ４ 分段仿射系统的应用………………………………………………… ９６
５. ５ 分段仿射系统的平衡点与区域划分………………………………… ９８
５. ５. １ 分段仿射系统的平衡点……………………………………… ９８
５. ５. ２ 分段仿射系统的区域划分…………………………………… ９８
５. ５. ３ 区域划分的椭圆集表示……………………………………… ９９
５. ５. ４ 平衡点与椭圆集的坐标变换……………………………… １００
５. ６ 分段仿射系统的预测控制………………………………………… １００
５.６. １ 问题描述…………………………………………………… １００
５.６.２ 性能指标的上界…………………………………………… １０１
５. ６.３ 终止区域划分的椭圆集描述……………………………… １０２
５. ６. ４ 分段仿射系统的预测控制算法…………………………… １０２
５. ６. ５ 控制约束…………………………………………………… １０９
５. ６. ６ 分段仿射系统的预测控制算法改进……………………… １１０
５.６. ７ 稳定性分析………………………………………………… １１２
５.７ 多胞不确定ＰＷＡ 系统的预测控制……………………………… １１３
５.７.１ 系统描述…………………………………………………… １１３
５. ７.２ 性能指标优化问题………………………………………… １１５
５. ７. ３ 控制约束问题……………………………………………… １２０
５.７.４ 稳定性分析………………………………………………… １２１
５. ７. ５ 仿真研究…………………………………………………… １２２
５. ８ 本章小结…………………………………………………………… １２４
参考文献…………………………………………………………………… １２４
第６ 章 非线性系统的鲁棒模糊预测控制………………………………… １２８
６. １ 引言………………………………………………………………… １２８
６.２ 预备知识…………………………………………………………… １２８
６. ２.１ Ｔ － Ｓ 模糊模型……………………………………………… １２９
６. ２.２ 模糊调节器………………………………………………… １３０
６.３ 基于模糊调节器的鲁棒非线性模型预测控制…………………… １３０
６. ３.１ 鲁棒模型
