本書主要介紹作者團隊在非線性模型預測控制方面的研究成果。具體包括：第1章介紹了預測控制的研究背景與發展及國內外研究現狀；第2、3章重點研究了預測控制系統的穩定條件；第4章設計了三種魯棒預測控制算法，并比較了幾種典型粒子濾波器的估計精度與計算速度；第5章針對跟蹤問題，設計了非線性預測控制器；第6、7章將預測控制應用于具體系統；第8章對全書工作進行了回顧和總結，并對未來工作進行了展望。本書可作為高等院校控制相關專業研究生、高年級本科生的教學參考書。
張友安，海軍航空工程學院控制工程系教授，博士生導師，哈爾濱工業大學飛行器設計專業博士學歷與學位（1999）。近5年，發表SCI源刊論文12篇、EI核心期刊論文26篇。獲F5000論文3篇次（F5000為中國精品科技期刊**學術論文）。獲年度學院學術研究先進個人二等獎、三等獎各2次；獲"十一五” 學院學術研究先進個人。是國際著名刊物《IEEE TRANSANTION ON AEROSPACE SCIENCE AND TECNOLOGY》等的審稿專家。獲《航空學報》創刊50周年優秀審稿專家。獲中國人民解放軍院校育才獎銀獎。獲學院第三屆教學名師。
目錄
第1章 緒論 1
1．1 預測控制的研究背景與發展 1
1．2 幾種典型的非線性預測控制方法 3
1．2．1 添加終端零約束的預測控制 4
1．2．2 添加終端狀態集約束的預測控制 5
1．2．3 添加終端代價函數的預測控制 6
1．2．4 同時添加終端狀態集約束和終端代價函數的預測控制 8
1．3 國內外研究現狀 10
1．3．1 關于如何求取終端狀態約束集 11
1．3．2 關于如何求取終端代價函數 12
1．3．3 關于魯棒預測控制器設計 13
1．3．4 關于跟蹤問題中的預測控制 14
1．4 結構安排 15
第2章 求取預測控制的終端狀態約束集 17
2．1 引言 17
2．2 終端狀態集需要滿足的三個基本條件 18
2．3 用外包集序列逼近最大終端狀態集 20
2．3．1 外包集序列的構造方法 21
2．3．2 外包集序列的收斂性分析 22
2．3．3 支持向量機 23
2．3．4 最大終端狀態集的外包估計 25
2．3．5 用外包集序列逼近最大終端狀態集的計算步驟 27
2．3．6 仿真算例 29
2．4 用子集序列逼近最大終端狀態集 32
2．4．1 子集序列的構造方法 32
2．4．2 子集序列的收斂性分析 34
2．4．3 用子集序列逼近最大終端狀態集的計算步驟 36
2．4．4 仿真算例 38
2．5 本章小結 40
第3章 求取預測控制的終端代價函數 41
3．1 引言 41
3．2 預測控制與最優控制的關系 42
3．3 終端代價函數與終端狀態集之間的關系 46
3．4 終端代價函數與全局性能指標之間的關系 47
3．5 求取一個合適的終端代價函數 52
3．6 具有可變自調節終端代價函數的NMPC方案 54
3．6．1 問題描述 55
3．6．2 對閉環系統性能的證明 57
3．6．3 對自調節規則的說明 61
3．6．4 幾種自調節規則及其性質 63
3．7 仿真算例 65
3．8 本章小結 69
第4章 魯棒預測控制方法 71
4．1 引言 71
4．2 以集合包含度為優化指標的魯棒預測控制 72
4．2．1 預測可達集與集合包含度的定義 73
4．2．2 魯棒預測控制器設計 73
4．2．3 預測可達集與終端狀態集的計算方法 75
4．2．4 仿真算例 78
4．3 基于優化線性反饋控制律的魯棒預測控制 80
4．3．1 輸入狀態大致穩定的概念及相關結論 81
4．3．2 魯棒預測控制器設計 82
4．3．3 終端代價函數與終端狀態集的求取方法 87
4．3．4 仿真算例 89
4．4 基于優化多項式反饋控制律的魯棒預測控制 90
4．4．1 相關定義 91
4．4．2 區間算法簡介 93
4．4．3 魯棒預測控制器設計 94
4．4．4 仿真算例 97
4．5 魯棒預測控制系統中的狀態估計研究 99
4．5．1 粒子濾波器簡介 101
4．5．2 濾波器性能對比仿真 106
4．5．3 CDPF在魯棒預測控制中的應用仿真 108
4．6 本章小結 109
第5章 跟蹤問題中的預測控制 111
5．1 引言 111
5．2 對單個穩定期望輸出點的逼近 112
5．2．1 問題描述 112
5．2．2 穩定性分析 113
5．2．3 終端代價函數的求取 116
5．2．4 終端狀態約束集的求取 117
5．2．5 魯棒預測控制器設計 118
5．2．6 仿真算例 119
5．3 對期望輸出軌跡的跟蹤 120
5．3．1 問題描述 120
5．3．2 穩定性分析 121
5．3．3 預測控制器設計 123
5．3．4 魯棒預測控制器設計 126
5．3．5 仿真算例 127
5．4 滾動控制律的次優解法 132
5．4．1 基于斯特林插值公式的近似處理 133
5．4．2 近似滾動控制序列的求取 133
5．4．3 預測輸出的求取 136
5．4．4 次優控制律的求取 138
5．4．5 仿真算例 140
5．5 基于線性近似和神經網絡逼近的非線性系統預測控制 143
5．5．1 問題描述 144
5．5．2 基于線性近似的非線性模型預測控制 145
5．5．3 基于RBF神經網絡逼近的模型預測控制 154
5．6 本章小結 160
第6章 預測控制在航天器末端自主交會中的應用 161
6．1 引言 161
6．2 基于視線坐標系的相對運動方程 162
6．3 應用仿真 168
6．4 本章小結 174
第7章 模型預測控制在飛行器姿態機動中的應用 175
7．1 引言 175
7．2 飛行器姿態運動方程的轉換與解耦 176
7．3 模型預測控制器設計 181
7．4 應用仿真分析 184
7．5 本章小結 187
第8章 結論與展望 188
8．1 主要工作總結 188
8．2 存在的問題與下一步的研究方向 190
參考文獻 192
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