基于定量反馈理论（QFT）的预测控制系统分析与设计

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1、摘要摘要现实中大部分系统都具有不确定性，因此对不确定性系统的分析与设计一直是研究的热点。定量反馈理论(QFT)与预测控制是两种已经得到广泛应用的对不确定性系统的控制方法。其中定量反馈理论足一种针对反馈控制系统中具有高度不确定性的频率域工程设计理论，有以下几个优点：可以定量地估计反馈的代价；町以考虑相位信息；在设计过程中可以直观地权衡控制器复杂性与控制性能。预测控制足一种基于模型的控制算法，其所具肯的模型预测、滚动优化和反馈校正三大特征使之成为了一种重要的先进控制策略，这两种方法在理论方面都取得了长足发展，在工业、民用和航空航天等领域也取得了很多成功应用。深入研

2、究并且充分利用这两种控制策略的优点，把这两种理论结合起来，形成新的控制策略，具有重要的理论和应崩价值。本文主要针对如何把定量反馈与预测控制结合起来。做到扬长避短，提出了几种结合方案并且进行了控制性能分析。本文的创新工作内容如F：1．针对单输入单输出系统，提出了把定量反馈理论与广义预测控制理论相结合的方式。其中预测模型为在线辨识：该方法是在对定量反馈设计简化的荩础上，采用双回路控制，内I旦I路采用定量反馈控制器实现对系统不确定性的控制，外回路采用自适应广义预测控制实现各种性能耍水，i：且提高系统鲁棒性。2．针对单输入单输出系统，提出了基丁．定量反馈珲论的广义预溯

3、鲁棒控制方法；得到了设计鲁棒稳定控制器的充分条件；控制器的参数可以在线调节以改变控制性能i该方法可以有效地改善对系统的控制效果，提高了控制器的灵活性。3．为了进一步提高控制性能，提山了在广义内模结构卜把定量反馈理论与连续广义预测控制结合起来的控制器，给出了设计鲁棒稳定控制器的充分条什；仿真结果也表明了该方法可以非常大地改善了控制效果，特别足在抑制控制量波动方面。4．针对多输入多输出系统，提出把多变量定量反馈理论与多变量自适应广摘霹义预测控制相结合，由于采用模块化设计．可以往不增加设讣难度的基础上改善控制效果，并且提高控制器的灵活性。5．针对多输入多输出系统，首

4、先利用多变骨=定黄反馈控制器对系统进行解耦．并且削弱系统的不确定性使系统稳定；然后用单变量自适应B广义预测控制器进行控制；该方法设计简单。易于实现并行计算，‘提高运行速度，还口，以较好地改善系统控制性能。最后，对全文工作进行了总结，分析了存在的问题．并且时基于定量反馈理论的预测控制研究前景进行了描述。关键词：反馈控制，定量反馈理沧，频率域，预测控制，自适应控蒂ij，鲁棒控制，不确定性系统，系统解耦AbstractThereareuncertaintiesinthemostofsystems．Theanalysisanddesignforuncertainsys

5、temsaretheresearchfocusforever．Quantitativefeedbacktheory(QFT)andpredictivecontrolbothareusedtocontroluncertainplantswidely．QFTisanengineringdesigntheorydevotedtothepracticaldesignoffeedbackcontrolsystemswithuncertainties．ThereareseveraladvantagesaboutQFT：thecostoffeedbackcanbeestim

6、atedquantitated；thephaseinformationisconsidered，designtrade—off—betweendesigncomplexityandcostoffeedbackatehighlytransparentandsoon．Predictivecontrolismodelbasedalgorithms．{tsthreecharactersaremodelprediction，recursiveoptimizationandfeedbackmeti舭whichmakeitbecameanadvancedcontroltec

7、hnique．Theabovecontrolmethodologieshavemaderapidprogressintheory,andtheyarealsousedinindustrial，civilianandaviaticfieM,：ucceefu}ly．Itwillbeimportanttoproposenewrobustcontroltechniquesforcombiningthemtogetherintheoryandapplicationin—depth．Thispapermainlyconcentratesintheresearchofhow

8、tocombineQFTwithpre