仿射非線性系統(tǒng)及雙線性系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化預(yù)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(luò)化預(yù)測控制研究網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NetworkedControlSystems,NCSs)是近年來隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)運(yùn)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(luò)連接,從而可以實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和信息資源共享。然而,網(wǎng)絡(luò)的介入導(dǎo)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(luò)打包傳輸數(shù)據(jù)的特點(diǎn)提出一種新的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)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(yù)測控制產(chǎn)生器產(chǎn)生一組預(yù)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(luò)延遲補(bǔ)償器從中選擇適當(dāng)?shù)目刂戚斎雽Ρ豢叵到y(tǒng)進(jìn)行控制,從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)時延、數(shù)據(jù)包丟失以及錯序等問題的主動補(bǔ)償。本文在線性系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測控制理論的基礎(chǔ)上嘗試向非線性系統(tǒng)領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)展,主要的研究工作有以下三部分：(1)對網(wǎng)絡(luò)化仿射非線性系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測控制方案推導(dǎo)及隨機(jī)穩(wěn)定性分析。首先基于系統(tǒng)特性設(shè)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(luò)時延建模為馬爾可夫鏈,推導(dǎo)該情形下的系統(tǒng)預(yù)測狀態(tài)表示及預(yù)測控制律形式：最后通過擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)向量將原系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為增廣系統(tǒng),結(jié)合李雅普諾夫穩(wěn)定性定理和隨機(jī)穩(wěn)定性的概念得到系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定的充分條件。仿真結(jié)果說明了該預(yù)測控制方案的有效性。(2)對網(wǎng)絡(luò)化雙線性系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測控制研究并證明其在非線性預(yù)測控制器下的全局漸近穩(wěn)定性。首先基于雙線性動力學(xué)模型提出一步向前預(yù)測狀態(tài),并逐步給出未來時刻的預(yù)測狀態(tài)；然后基于此提出一種非線性預(yù)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(jìn)行推導(dǎo)；最后在仿真實例中對所提出的非線性預(yù)測控制器和一般狀態(tài)反饋控制器進(jìn)行了比較,仿真結(jié)果驗證了所提出預(yù)測控制方案的有效性及非線性預(yù)測控制器的優(yōu)越性。(3)對網(wǎng)絡(luò)化雙線性系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測控制研究并提出兩種預(yù)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(jìn)行一種新的預(yù)測狀態(tài)推導(dǎo),進(jìn)一步把預(yù)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(fù)迭代直到求出的預(yù)測控制序列使得性能指標(biāo)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