复杂系统的应用鲁棒预测控制

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，降低复杂系统很小优选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。

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，以靠前或通讯作者发表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、AustalShip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。

第1章绪论
1.1本书的背景和意义
1.2模型预测控制的发展历史
1.2.1MPC发展的理论基础
1.2.2过程控制应用
1.3模型预测控制的基本原理及特征
1.3.1模型预测控制的基本原理
1.3.2模型预测控制的特征
1.4非线性模型预测控制的研究现状
1.4.1典型的非线性模型预测控制方案
1.4.2稳定性与鲁棒性研究
1.4.3计算问题
1.4.4非线性模型预测控制应用
1.4.5将来的研究展望
1.5本书的研究内容与结构安排
参考文献
第2章预测控制的数学基础与基本方法
2.1线性矩阵不等式
2.2Schur补和S过程
2.2.1Schur补
2.2.2S过程
2.2.3矩阵求逆
2.3不变集
2.3.1不变集基本原理
2.3.2控制约束的处理
2.4模型预测控制的一般形式
2.4.1问题描述
2.4.2性能指标的上界
2.4.3离散线性系统的预测控制算法
2.4.4控制约束
2.4.5预测控制算法的改进
2.4.6稳定性分析
2.5鲁棒预测控制
2.6本章小结
参考文献
第3章时滞系统的鲁棒预测控制
3.1引言
3.2终端椭圆集约束的时滞系统预测控制
3.2.1时滞系统的不变椭圆集
3.2.2终端椭圆集约束的预测控制
3.2.3带有混合约束的时滞系统预测控制
3.2.4仿真研究
3.3范数有界时滞系统的鲁棒预测控制
3.3.1系统描述
3.3.2主要结果
3.3.3讨论
3.3.4仿真研究
3.4多胞型不确定时滞系统的鲁棒模型预测控制
3.4.1系统描述
3.4.2主要结果
3.5多胞型时滞系统的准Min—Max鲁棒预测控制
3.5.1问题描述
3.5.2仿真研究
3.6本章小结
参考文献
第4章切换系统的鲁棒预测控制
4.1引言
4.2模型描述
4.3参数摄动切换系统预测控制
4.3.1问题1的解决
4.3.2问题2的解决
4.3.3问题3的解决
4.3.4椭圆集的线性切换系统的鲁棒控制
4.3.5仿真结果1
4.3.6仿真结果2
4.4时滞切换系统模型预测控制
4.4.1问题描述
4.4.2椭圆集与输入约束的时滞切换系统MPC算法
4.4.3仿真研究
4.5本章小结
参考文献
第5章分段仿射系统的鲁棒预测控制
5.1切换系统的推广—分段仿射系统
5.2分段仿射模型的建立
5.3分段仿射系统研究的热点问题
5.4分段仿射系统的应用
5.5分段仿射系统的平衡点与区域划分
5.5.1分段仿射系统的平衡点
5.5.2分段仿射系统的区域划分
5.5.3区域划分的椭圆集表示
5.5.4平衡点与椭圆集的坐标变换
5.6分段仿射系统的预测控制
5.6.1问题描述
5.6.2性能指标的上界
5.6.3终止区域划分的椭圆集描述
5.6.4分段仿射系统的预测控制算法
5.6.5控制约束
5.6.6分段仿射系统的预测控制算法改进
5.6.7稳定性分析
5.7多胞不确定PWA系统的预测控制
5.7.1系统描述
5.7.2性能指标优化问题
5.7.3控制约束问题
5.7.4稳定性分析
5.7.5仿真研究
5.8本章小结
参考文献
第6章非线性系统的鲁棒模糊预测控制
6.1引言
6.2预备知识
6.2.1T—S模糊模型
6.2.2模糊调节器
6.3基于模糊调节器的鲁棒非线性模型预测控制
6.3.1鲁棒模型预测控制问题描述
6.3.2无约束系统鲁棒模型预测控制
6.3.3约束系统鲁棒模型预测控制
6.3.4滚动实现的可行性
6.3.5闭环系统鲁棒稳定性
6.3.6讨论
6.4一种基于模糊模型的准鲁棒模型预测控制方法
6.4.1问题描述
6.4.2准鲁棒模型预测控制
6.4.3滚动实现的可行性
6.4.4闭环系统鲁棒稳定性
6.4.5讨论
6.4.6仿真研究
6.5不确定模糊系统鲁棒模型预测控制
6.5.1系统描述
6.5.2模糊不确定系统非线性镇定
6.5.3并行分布补偿控制律
6.6基于状态反馈的鲁棒模型预测控制
6.6.1鲁棒性能指标上界
6.6.2稳定性约束
6.6.3极小化问题
6.6.4输入约束
6.6.5输出约束
6.6.6约束系统鲁棒模型预测控制
6.6.7滚动实现的可行性与鲁棒性
6.7基于并行分布补偿控制器的鲁棒模型预测控制
6.7.1无约束鲁棒MPC
6.7.2约束鲁棒MPC
6.7.3仿真研究
6.8基于T—S模型的非线性时滞系统预测控制
6.8.1系统描述
6.8.2主要结果
6.8.3仿真研究
6.9本章小结
参考文献
第7章非完整约束系统的预测控制研究
7.1基本概念与问题
7.1.1非完整系统定义
7.1.2移动机器人的非完整约束
7.2移动机器人的建模
7.2.1笛卡儿坐标系下的机器人运动学模型
7.2.2分几何工具
7.4移动机器人的可控性与可镇定性
7.5机器人模型的问题描述及跟踪控制器设计
7.5.1针对模型的问题描述
7.5.2跟踪控制器的设计
7.5.3仿真
7.6欠驱动无人艇的预测控制算法
7.6.1无人艇的欠驱动控制
7.6.2问题描述
7.6.3控制器设计
7.6.4仿真结果
7.7本章小结
参考文献
第8章高超声速飞行器的再入预测控制
8.1引言
8.2高超声速飞行器的再入非线性模型
8.3基于SDRE的再入控制器设计
8.3.1基于奇异摄动理论的再入SDRE控制器
8.3.2仿真研究
8.4基于SDRE的再入约束预测控制
8.4.1再入飞行器的外环预测控制
8.4.2再入飞行器的内环预测控制
8.4.3仿真研究
8.5控制受限的再入鲁棒预测控制
8.5.1基于参考模型的外环设计
8.5.2基于预测控制的内环设计
8.5.3仿真研究
8.6本章小结
参考文献
第9章水面艇自主航迹跟踪过程中的预测控制
9.1引言
9.2水面无人艇航迹跟踪控制系统建模
9.3坐标系的建立
9.4船舶的运动方程和水动力分析
9.4.1船舶的运动方程
9.4.2船舶水动力分析
9.5舵机模型
9.6水面船舶航迹跟踪控制模型
9.7水面无人艇航迹跟踪预测控制
9.8拉格朗日乘子法处理输入约束
9.9仿真研究
9.9.1不同预测时域的控制器仿真
9.9.2不同加权矩阵的控制器仿真
9.10基于干扰观测器的水面无人艇航迹跟踪预测控制
9.10.1干扰观测器的设计
9.10.2基于干扰观测器的模型预测控制器设计
9.10.3基于干扰观测器的模型预测控制器稳定性分析
9.10.4仿真研究
9.11模型预测控制在自航模航迹跟踪上的应用
9.11.1自航模系统的整体结构
9.11.2自航模系统硬件设计
9.11.3自航模系统软件设计
9.11.4自航模航迹跟踪控制实验
9.12自航模航迹跟踪控制实验结果
9.12.1无扰动自航模航迹跟踪
9.12.2有扰动自航模航迹跟踪
9.13本章小结
参考文献