基于预测控制的离散非线性系统控制方法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文基于预测控制的离散非线性系统控制方法研究博士研究生：郑兰指导教师：周卫东教授学科、专业：导航、制导与控制哈尔滨工程大学2016年10月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文基于预测控制的离散非线性系统控制方法研究博士研究生：郑兰指导教师：周卫东教授学位级别：工学博士学科、专业：导航、制导与控制所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年9月论文答辩日期：2016年10月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex：U.D.C：ADisserta

2、tionfortheDegreeofD.EngResearchoncontrolmethodsfordiscretenonlinearsystemsbasedonpredictivecontrolCandidate：ZhengLanSupervisor：Prof.ZhouWeidongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：Navigation,GuidanceandControlDateofSubmission：Septembre,2016DateofOralExami

3、nation：October,2016University：HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声

4、明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者

5、(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日万方数据万方数据基于预测控制的离散非线性系统控制方法研究摘要模型预测控制算法是在工业生产中发展起来的一类智能算法，与工业应用是密不可分的，且能够有效的处理具有输入与输出约束、非线性、不确定、时变以及多变量等问题，现已得到控制领域研究者的认可并给予高度重视。但因为非线性系统是一个比较复杂的系统，所以至今仍存在着一些问题尚未得到很好的解决。本文基于预测控制理论并运用非线性系统自身的特点以及其他先进的控制算法针对目前非线性模型预测控制所存在的问题，在分析总结国内外模型不确定系统预测控制研究成果的基础上，

6、系统地研究了带有不确定性、扰动以及时滞等特性的几类非线性不确定系统的预测控制问题。主要研究内容如下：针对一类带有扰动、多重状态时滞的凸多面体不确定离散非线性系统，基于预测控制理论研究了一种min-max鲁棒预测控制算法。首先，将模型预测控制问题描述为一类无限时域min-max优化问题；然后，采用LMI技术把此问题转变为一类采用LMI描述的约束问题，设计了状态反馈控制器，运用所给信息构造一个改进的Lyapunov-Krasovskii泛函，根据模型预测控制基本原理来求解此优化问题，同时给出了控制器存在的定理及相关证明，进而获得所设计控制器存

7、在的新判据及状态反馈矩阵构造方法，在此基础上给出了鲁棒模型预测控制算法流程。最后，给出了闭环系统渐进鲁棒稳定定理，理论及仿真分析验证了控制器设计的可行性及系统的鲁棒渐近稳定性。针对一类同时具有非线性扰动、输入时滞和多重状态时滞的离散不确定系统，研究了一种鲁棒预测控制算法。首先采用状态反馈控制结构及LMI方法，将时域为无限时的最小、最大优化问题转换为一类凸优化问题，设计了相应的状态反馈控制器，以定理的形式给出了所设计控制器存在的充分条件及状态反馈增益矩阵的构造方法，在此基础上给出了鲁棒模型预测控制算法流程；其次，给出了闭环系统鲁棒稳定定理，

8、并通过理论及仿真分析验证了控制器设计的可行性及系统的鲁棒渐近稳定性。最后，针对不确定离散时滞系统的一些特殊情况，讨论了控制律存在的新判据，并对闭环系统的稳定性及可行性进行了理论及仿真分析，进一