预测控制的理论与方法(第2版)

丁宝苍著的这本《预测控制的理论与方法（第2 版）》分为基础篇和漫谈篇。基础篇介绍三类经典的 启发式预测控制算法（即模型算法控制、动态矩阵控 制、广义预测控制）、输入非线性系统的两步法预测 控制、具有稳定性保证的预测控制综合方法，并侧重 于鲁棒预测控制和阐述启发式算法与综合方法的关系 。漫谈篇从多个角度、各种算法出发，讲述状态可测 和输出反馈两种情况下多胞描述模型的鲁棒预测控制 。对初步接触预测控制的读者，可通过学习基础篇掌 握一些学习和研究预测控制的基础工具和算法。漫谈 篇适合于对预测控制进行较长时间学习和研究的读者 ，从中可以探索鲁棒预测控制的发展规律，对鲁棒预 测控制还没有解决的问题产生研究兴趣等。 本书从介绍系统、模型和预测控制的一般概念开 始，一直到提出预测控制中尚未解决的问题。全书辩 证地看待预测控制的各种方法，为科研人员提供研究 思路，为工程技术人员提供理解和应用预测控制的关 键问题和解决方法。本书可作为自动化专业研究生教 材，预测控制理论研究者和工程技术人员参考用书。

丁宝苍，男，2000年5月毕业于石油大学（北京），获得硕士学位，2003年6月毕业于上海交通大学，获得博士学位。于2005年9月赴加拿大阿尔伯塔大学做博士后1年，2006年11月赴新加坡南洋理工大学做博士后9个月。目前任职于西安交通大学，任教授/博导。主要从事先进控制理论与工程应用、预测控制等研究工作，率先开展含有界噪声的多胞描述系统的输出反馈预测控制的稳定性设计，并给出系列解决方案。曾担任多个国际SCI、EI期刊的首席客座编辑、客座编辑和协助编辑，是几乎所有控制理论类国际、国内期刊的评审人。发表论文160余篇，其中SCI收录50余篇，含首席和通讯作者的Automatica、IEEE Trans. Automatic Control和IEEE Trans. Fuzzy Systems论文共计17篇，出版《Modern Predictive Control》等专著3部，主持各类横向、纵向科研项目20余项，获国家发明专利4项，入选2008年 新世纪人才支持计划。长期讲授《泛函分析》和《先进控制理论》等课程。

序 前言 基础篇 第1章 系统、模型与预测控制 1.1 系统 1.2 数学模型 1.3 状态空间模型与输入输出模型 1.3.1 状态空间模型 1.3.2 传递函数模型 1.3.3 脉冲响应与卷积模型 1.4 连续时间系统的离散化 1.4.1 状态空间模型 1.4.2 脉冲传递函数模型 1.4.3 脉冲响应与卷积模型 1.5 预测控制及其基本特征 1.5.1 轨迹和发展历史 1.5.2 基本特征 1.5.3 工业预测控制的“三大原理” 1.6 三种典型的预测控制优化问题 1.6.1 无穷时域 1.6.2 有限时域：经典预测控制 1.6.3 有限时域：综合型预测控制 1.7 有限时域控制：采用“三大原理”的例子 1.8 无穷时域控制：双模次优控制的例子 1.8.1 三个相关控制问题 1.8.2 次优解 1.8.3 可行性与稳定性分析 1.8.4 数值例子 1.9 从经典预测控制到综合型预测控制 第2章 基于非参数化模型的预测控制 2.1 模型算法控制原理 2.1.1 脉冲响应模型 2.1.2 模型预测与反馈校正 2.1.3 优化控制：单入单出情形 2.1.4 优化控制：多变量情形 2.2 模型算法控制中约束的处理 2.3 动态矩阵控制原理 2.3.1 单入单出情形 2.3.2 单入单出情形：另一种推导方式 2.4 预测控制的递阶实施方式 第3章 广义预测控制 3.1 算法原理 3.1.1 预测模型 3.1.2 丢番图方程的解法 3.1.3 滚动优化 3.1.4 在线辨识与校正 3.2 一些基本性质 3.3 与模型系数无关的稳定性结论 3.3.1 广义预测控制向线性二次型问题的转化 3.3.2 稳定性证明的工具：Kleinman控制器 3.3.3 与Kleinman控制器形似的广义预测控制律 3.3.4 基于Kleinman控制器的广义预测控制的稳定性 3.3.5 与Ackermann关于deadbeat控制的公式的等价性 3.4 加入终端等式约束的广义预测控制 3.5 多变量系统和约束系统情形 3.5.1 多变量广义预测控制 3.5.2 约束的处理 第4章 两步法预测控制 4.1 两步法广义预测控制 4.1.1 无约束情形 4.1.2 有输入饱和约束情形 4.2 两步法广义预测控制的稳定性 4.2.1 基于Popov定理的结论 4.2.2 寻找控制器参数的两个算法 4.2.3 实际非线性界的确定方法 4.3 两步法广义预测控制的吸引域 4.3.1 控制器的状态空间描述 4.3.2 吸引域相关稳定性 4.3.3 吸引域的计算方法 4.3.4 数值例子 4.4 两步法状态反馈预测控制 4.5 两步法状态反馈预测控制的稳定性 4.6 基于半全局稳定性的两步法状态反馈预测控制的吸引域设计 4.6.1 系统矩阵无单位圆外特征值的情形 4.6.2 系统矩阵有单位圆外特征值的情形 4.6.3 数值例子 4.7 两步法输出反馈预测控制 4.8 两步法输出反馈预测控制的稳定性 4.9 两步法输出反馈预测控制：中间变量可得到情形 第5章 预测控制综合方法概略 5.1 一般思路：离散时间系统情形 5.1.1 改造的优化问题 5.1.2 “三要素”和统一的稳定性证明思路 5.1.3 稳定性证明的直接法 5.1.4 稳定性证明的单调性法 5.1.5 反优性 5.2 一般思路：连续时间系统情形 5.3 稳定性要素的实现 5.3.1 采用终端零约束 5.3.2 采用终端代价函数 5.3.3 采用终端约束集 5.3.4 采用终端代价函数和终端约束集 5.4 一般思路：不确定系统情形 5.4.1 开环min-max单值优化预测控制 5.4.2 闭环min-max优化鲁棒预测控制 第6章 状态反馈预测控制综合 6.1 多胞描述系统和线性矩阵不等式 6.2 基于worst-case性能指标的在线方法：零时域 6.2.1 性能指标的处理和无约束预测控制 6.2.2 约束的处理 6.3 基于worst-case性能指标的离线方法：零时域 6.4 基于worst-case性能指标的离线方法：变时域 6.5 基于标称性能指标的离线方法 6.5.1 零时域 6.5.2 启发式变时域 第7章 有限切换时域的预测控制综合 7.1 标称系统的标准方法 7.2 用预测控制方法求无穷时域约束线性二次型控制的优解 7.3 标称系统的在线方法 7.4 用预测控制方法求无穷时域约束线性时变二次型控制的准优解 7.4.1 整体思路 7.4.2 min-max约束线性二次型控制的求解 7.4.3 有限时域无终端加权情形（问题7.8的求解） 7.4.4 有限时域有终端加权情形（问题7.9的求解） 7.4.5 准优性、算法与稳定性 7.4.6 数值例子 7.4.7 与6.2 节方法的比较 7.5 多胞描述系统的在线方法 7.5.1 部分反馈方法 7.5.2 参数依赖开环方法 第8章 预测控制综合的开环优化与闭环优化 8.1 一种简单的部分闭环优化预测控制 8.1.1 切换时域为0的在线和离线方法 8.1.2 切换时域非0的一个有效算法 8.2 三模预测控制 8.3 混合型预测控制 8.3.1 算法 8.3.2 联合优势 8.3.3 数值例子 8.4 开环优化预测控制及其特点 8.4.1 单值开环优化预测控制 8.4.2 参数依赖开环优化预测控制 8.5 切换时域为1的预测控制 漫谈篇 第9章 一种基于开环优化的预测控制 第10章 基于多胞描述模型成为热点 第11章 不变集陷阱 第12章 时域N为0或者为 第13章 变体反馈预测控制 第14章 关于优性 第15章 大化可应用模型范围 第16章 状态不可测时的开环优化预测控制 第17章 输出反馈不能来源于简单地推广状态可测时的结果 第18章 动态输出反馈和二次有界性方法 第19章 采用范数定界技术处理有界噪声 第20章 状态估计误差的滚动更新 第21章 结束语 参考文献