仿射非線性系統(tǒng)及雙線性系統(tǒng)網(wǎng)絡化預測控制研究.x課件

仿射非線性系統(tǒng)及雙線性系統(tǒng)網(wǎng)絡化預測控制研究網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)(NetworkedControlSystems,NCSs)是近年來隨著計算機網(wǎng)絡的廣泛使用和網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展應運而生的一類實時反饋控制系統(tǒng)。該類系統(tǒng)中,傳感器、控制器以及執(zhí)行器等主要的功能部件與被控對象通過一個有限帶寬的數(shù)字通信網(wǎng)絡連接,從而可以實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程控制和信息資源共享。然而,網(wǎng)絡的介入導致數(shù)據(jù)包在信道傳輸過程中不可避免地出現(xiàn)時延、丟失以及亂序,從而影響系統(tǒng)的控制性能以及穩(wěn)定性。為了解決這些問題,劉國平、DavidRees等基于系統(tǒng)模型,利用網(wǎng)絡打包傳輸數(shù)據(jù)的特點提出一種新的網(wǎng)絡化預測控制方案。該方案基于反饋通道傳輸而來的系統(tǒng)狀態(tài)信息和控制信息,由位于控制器端的預測控制產(chǎn)生器產(chǎn)生一組預測控制序列，經(jīng)由前向通道傳輸?shù)较到y(tǒng)執(zhí)行器端,再由網(wǎng)絡延遲補償器從中選擇適當?shù)目刂戚斎雽Ρ豢叵到y(tǒng)進行控制,從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡時延、數(shù)據(jù)包丟失以及錯序等問題的主動補償。本文在線性系統(tǒng)網(wǎng)絡化預測控制理論的基礎上嘗試向非線性系統(tǒng)領域進行擴展,主要的研究工作有以下三部分：(1)對網(wǎng)絡化仿射非線性系統(tǒng)進行預測控制方案推導及隨機穩(wěn)定性分析。首先基于系統(tǒng)特性設計線性化的控制律將該仿射非線性系統(tǒng)線性化；然后考慮將整個傳輸通道(傳感器到控制器以及控制器到執(zhí)行器)的網(wǎng)絡時延建模為馬爾可夫鏈,推導該情形下的系統(tǒng)預測狀態(tài)表示及預測控制律形式：最后通過擴展狀態(tài)向量將原系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為增廣系統(tǒng),結合李雅普諾夫穩(wěn)定性定理和隨機穩(wěn)定性的概念得到系統(tǒng)隨機穩(wěn)定的充分條件。仿真結果說明了該預測控制方案的有效性。(2)對網(wǎng)絡化雙線性系統(tǒng)進行預測控制研究并證明其在非線性預測控制器下的全局漸近穩(wěn)定性。首先基于雙線性動力學模型提出一步向前預測狀態(tài),并逐步給出未來時刻的預測狀態(tài)；然后基于此提出一種非線性預測控制器,并給出控制器參數(shù)選取方法；接著對該控制器下系統(tǒng)的全局漸近穩(wěn)定性進行推導；最后在仿真實例中對所提出的非線性預測控制器和一般狀態(tài)反饋控制器進行了比較,仿真結果驗證了所提出預測控制方案的有效性及非線性預測控制器的優(yōu)越性。(3)對網(wǎng)絡化雙線性系統(tǒng)進行預測控制研究并提出兩種預測控制序列求解算法。首先針對雙線性系統(tǒng)前向通道和反饋通道存在時延的情形分別進行一種新的預測狀態(tài)推導,進一步把預測控制的求解問題轉(zhuǎn)化為非凸優(yōu)化問題；然后基于系統(tǒng)特征提出兩種逐步優(yōu)化算法：算法5.1在給定控制序列初始值的前提下,反復迭代直到求出的預測控制序列使得性能指標變化量滿足事先給定的閾值：算法5.2類似前向分步算法,從前往后每一步依次增加控制向