输出反馈预测控制的综合方法

研究输出反馈预测控制的综合方法，重点考虑有模型参数误差的系统，并为自适应预测控制的综合方法研究奠定基础。预测控制综合的要素构造在有些情况下已经比较成熟：状态可测情况（不管有无非线性、不确定性）、状态不可测时不考虑模型参数误差的情况（不管有无噪声）。为实现工业预测控制、自适应预测控制和预测控制综合方法的整合，目前最有挑战性的理论问题之一为具有模型参数误差的系统的输出反馈预测控制的综合。自适应预测控制综合方法在模型参数收敛的过程中必存在参数误差，故其理论体系必然建立在有模型参数误差的系统的输出反馈预测控制综合方法的基础上。本项目采用三种技术：基于动态输出反馈和状态空间模型、采用状态空间模型联合滚动时域状态估计、采用一般输入输出模型直接构造扩展状态。除申请人所发论文外，未见明确采用这三种技术的输出反馈预测控制文献。实验系统采用在我国高校相当普及的三容水箱和近年来受到研究者广泛关注的空调系统。

工业预测控制的典型结构是递阶和双层，其稳定性、无静差特性等理论问题本质上都在输出反馈控制的范围内。输出反馈预测控制的稳定性等理论问题曾经得到了一些解决，但是并没有考虑模型参数误差。研究具有模型参数误差时的输出反馈预测控制具有广泛的工程背景和重要的理论意义。针对由线性多胞描述模型表示、兼含有界噪声的非线性不确定系统，率先提出了输出反馈预测控制方法和理论，解决了该类系统的输出反馈预测控制设计和理论难题。在输出反馈预测控制的研究中，创造性地采用了一系列技术手段，包括：1）处理物理约束的范数定界技术；2）应对有界噪声的二次有界性方法和增加控制器参数的动态输出反馈方法；3）估计误差的椭圆和多面体集合处理技术；4）采用辅助优化问题降低在线计算量；5）保证优化递推可行的椭圆更新公式。针对递阶工业预测控制，研究了含有Kalman滤波、干扰模型、不可测状态的一般情况下的输出反馈控制问题，给出了无静差控制的结论，完成了工业预测控制软件的编制。在三容水槽等装置上完成实验、软件测试。在陕北北元化工的氯乙烯精馏塔上成功地实施了双层结构工业预测控制技术。采用一般输入输出模型，不需要估计系统状态，给出严格的输出反馈预测控制综合方法，从系统模型、反馈律和闭环稳定性方面拓展已有的结果。针对网络环境下的非线性不确定系统，提出了存在丢包、量化误差和时滞等现象以及非完整动力学多车编队、跟踪、避碰等问题的预测控制方法，给出了控制系统的稳定性及控制性能等相关理论判据。针对空调系统，进行了分布式预测控制的实验。发表SCI期刊论文13篇（其中Automatica论文2篇、IEEE-TAC长文1篇、IEEE-TFS长文1篇）、EI论文26篇，获得第32届中国控制会议张贴论文奖，获得2014年度《自动化学报》优秀论文奖。