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Identification and nonlinear model predictive control of MIMO Hammerstein system with constraints 被引量:3
1
作者 李大字 贾元昕 +1 位作者 李全善 靳其兵 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第2期448-458,共11页
This work is concerned with identification and nonlinear predictive control method for MIMO Hammerstein systems with constraints. Firstly, an identification method based on steady-state responses and sub-model method ... This work is concerned with identification and nonlinear predictive control method for MIMO Hammerstein systems with constraints. Firstly, an identification method based on steady-state responses and sub-model method is introduced to MIMO Hammerstein system. A modified version of artificial bee colony algorithm is proposed to improve the prediction ability of Hammerstein model. Next, a computationally efficient nonlinear model predictive control algorithm(MGPC) is developed to deal with constrained problem of MIMO system. The identification process and performance of MGPC are shown. Numerical results about a polymerization reactor validate the effectiveness of the proposed method and the comparisons show that MGPC has a better performance than QDMC and basic GPC. 展开更多
关键词 model predictive control system identification constrained systems Hammerstein model polymerization reactor artificial bee colony algorithm
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A Dual-mode Nonlinear Model Predictive Control with the Enlarged Terminal Constraint Sets 被引量:16
2
作者 ZOU Tao LI Shao-Yuao DING Bao-Cang 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期21-27,共7页
Aiming at a class of nonlinear systems with multiple equilibrium points, we present a dual-mode model predictive control algorithm with extended terminal constraint set combined with control invariant set and gain sch... Aiming at a class of nonlinear systems with multiple equilibrium points, we present a dual-mode model predictive control algorithm with extended terminal constraint set combined with control invariant set and gain schedule. Local LQR control laws and the corresponding maximum control invariant sets can be designed for finite equilibrium points. It is guaranteed that control invariant sets are overlapped each other. The union of the control invariant sets is treated as the terminal constraint set of predictive control. The feasibility and stability of the novel dual-mode model predictive control are investigated with both variable and fixed horizon. Because of the introduction of extended terminal constrained set, the feasibility of optimization can be guaranteed with short prediction horizon. In this way, the size of the optimization problem is reduced so it is computationally efficient. Finally, a simulation example illustrating the algorithm is presented. 展开更多
关键词 不变量集 非线性模型 预先控制 非线性约束系统 增益表
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模型预测控制--现状与挑战 被引量:493
3
作者 席裕庚 李德伟 林姝 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期222-236,共15页
30多年来,模型预测控制(Model predictive control,MPC)的理论和技术得到了长足的发展,但面对经济社会迅速发展对约束优化控制提出的不断增长的要求,现有的模型预测控制理论和技术仍面临着巨大挑战.本文简要回顾了预测控制理论和工业应... 30多年来,模型预测控制(Model predictive control,MPC)的理论和技术得到了长足的发展,但面对经济社会迅速发展对约束优化控制提出的不断增长的要求,现有的模型预测控制理论和技术仍面临着巨大挑战.本文简要回顾了预测控制理论和工业应用的发展,分析了现有理论和技术所存在的局限性,提出需要加强预测控制的科学性、有效性、易用性和非线性研究.文中简要综述了近年来预测控制研究和应用领域发展的新动向,并指出了研究大系统、快速系统、低成本系统和非线性系统的预测控制对进一步发展预测控制理论和拓宽其应用范围的意义. 展开更多
关键词 模型预测控制 约束控制 大系统 非线性系统
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约束预测控制的一种快速算法 被引量:17
4
作者 杜晓宁 席裕庚 李少远 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第11期1624-1627,共4页
针对约束模型预测控制在线求解的计算复杂性 ,在标准预测控制滚动求解思想的基础上提出了一种有效可行的快速算法 ,即在每一时刻 ,只精确求解当前要实施的控制量 ,对未来的控制序列则用线性反馈控制器来近似 ,从而降低了预测控制在线求... 针对约束模型预测控制在线求解的计算复杂性 ,在标准预测控制滚动求解思想的基础上提出了一种有效可行的快速算法 ,即在每一时刻 ,只精确求解当前要实施的控制量 ,对未来的控制序列则用线性反馈控制器来近似 ,从而降低了预测控制在线求解的维数 ,提高了算法实施的快速性 .简化造纸机控制系统的仿真结果说明了该算法的有效性 . 展开更多
关键词 模型预测控制 近似算法 大规模约束系统 造纸机 在线求解 线性反馈控制器
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对角CARIMA模型抗扰约束广义预测控制 被引量:7
5
作者 金鑫 池清华 +1 位作者 刘康玲 梁军 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期1310-1316,共7页
针对存在输入和输入增量约束的多变量系统,提出了一种基于变权重的对角CARIMA模型抗扰动约束广义预测控制算法。根据对角CARIMA模型中的A和C矩阵为对角形式的特点,将多输入多输出系统分解为多个多输入单输出系统进行预测和控制,简化了... 针对存在输入和输入增量约束的多变量系统,提出了一种基于变权重的对角CARIMA模型抗扰动约束广义预测控制算法。根据对角CARIMA模型中的A和C矩阵为对角形式的特点,将多输入多输出系统分解为多个多输入单输出系统进行预测和控制,简化了控制器的设计,降低了变量之间的耦合性。根据模型预测值与参考轨迹之间的偏差实时调整目标函数中各输出跟踪误差的权重,达到抑制由耦合而造成回路之间扰动的目的。权重调整的基本原则是,每个输出的预测值跟踪参考轨迹的权重由其他输出在同时刻偏离其参考轨迹的误差平方加权和构成。当某个输出偏离其目标值时,其他输出的控制作用相对增强,避免输出之间的相互扰动,达到抑制扰动的目的。同时,分析了系统输入和输入增量约束的表达形式。利用多变量广义预测控制(MGPC)以及提出的扰动抑制方法,分别对Shell重油分馏问题进行了仿真实验,仿真结果验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 算法 过程控制 模型预测控制 广义预测控制 扰动抑制 约束控制
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基于滚动时域优化的轮式移动机器人路径跟踪问题研究(英文) 被引量:11
6
作者 刘洋 于树友 +2 位作者 郭洋 高炳钊 陈虹 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期424-432,共9页
轮式移动机器人是典型的非完整约束系统.本文基于滚动时域控制策略研究轮式移动机器人的路径跟踪问题.为了既能够保证移动机器人渐近收敛到期望轨迹,又能够保证在线求解的优化问题的滚动可行性,参考轨迹被选为优化问题中的终端等式约束... 轮式移动机器人是典型的非完整约束系统.本文基于滚动时域控制策略研究轮式移动机器人的路径跟踪问题.为了既能够保证移动机器人渐近收敛到期望轨迹,又能够保证在线求解的优化问题的滚动可行性,参考轨迹被选为优化问题中的终端等式约束.仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性. 展开更多
关键词 模型预测控制 非线性约束系统 轮式移动机器人 路径跟踪问题
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对角CARIMA模型输入输出约束自适应广义预测控制 被引量:8
7
作者 李奇安 李平 李悦 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1483-1488,共6页
为了简化输入输出约束存在时多变量广义预测控制算法的设计与实现问题,提出了对角结构形式的多变量CARIMA模型的约束广义预测控制算法。根据对角CARIMA模型的结构特点将多输入多输出对象的模型输出预报和参数辨识转化为多输入单输出子... 为了简化输入输出约束存在时多变量广义预测控制算法的设计与实现问题,提出了对角结构形式的多变量CARIMA模型的约束广义预测控制算法。根据对角CARIMA模型的结构特点将多输入多输出对象的模型输出预报和参数辨识转化为多输入单输出子对象的模型输出预报和参数辨识,并详细分析了系统的输入输出约束形式,将模型输出预报、目标函数和约束条件中依赖于模型参数的项与依赖于过程历史数据的项完成分离,简化了模型输出预报的计算及优化问题的求解,从而简化了约束多变量广义预测控制算法的实现。在一个DCS控制的非线性液位装置上的对比实验结果表明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 广义预测控制 自适应控制 CARIMA模型 多变量控制 约束控制
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快速增量约束预测控制及在GLCC液位控制中的应用 被引量:11
8
作者 何德峰 鲍荣 +1 位作者 郑凯华 俞立 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期993-999,共7页
针对气-液柱状旋流式(GLCC)多相流量计的液位控制问题,提出一种增量多变量模型预测控制(MPC)算法。采用控制增量状态空间模型和阶梯式控制策略,建立约束多变量MPC优化控制问题。为在线计算约束优化问题,引入坐标轮换法和黄金分割法,在... 针对气-液柱状旋流式(GLCC)多相流量计的液位控制问题,提出一种增量多变量模型预测控制(MPC)算法。采用控制增量状态空间模型和阶梯式控制策略,建立约束多变量MPC优化控制问题。为在线计算约束优化问题,引入坐标轮换法和黄金分割法,在线计算控制变量增量值,进而得到预测控制量。最后,以GLCC多相流量计的两输入单输出液位控制模型为例,仿真验证本文算法的有效性。 展开更多
关键词 模型预测控制 约束控制 GLCC多相流量计 液位控制 坐标轮换法
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考虑双通道随机时延的区域互联电网AGC方法 被引量:11
9
作者 赵熙临 何晶晶 +2 位作者 付波 单治磊 徐光辉 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期50-57,共8页
在区域互联电网网络化自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)过程中,信息传输在双通道(如控制器到执行器(C-A)、传感器到控制器(S-C))均存在时延问题。基于模型预测控制(MPC)技术,拟利用其预测特征,通过控制过程中信息的存储... 在区域互联电网网络化自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)过程中,信息传输在双通道(如控制器到执行器(C-A)、传感器到控制器(S-C))均存在时延问题。基于模型预测控制(MPC)技术,拟利用其预测特征,通过控制过程中信息的存储与处理,消除双通道随机时延对控制效果的负面影响。首先,在考虑双通道时延的前提下,构建互联电网AGC系统模型,并就时延的存在对控制效果的影响进行了分析。然后,针对互联电网AGC系统的控制模式对集中式MPC(CMPC)的实现方法进行了讨论,分析了在CMPC框架下双通道时延的处理方法。在此基础上,分别以阶跃与随机负荷曲线为扰动变量,获取互联电网频率及区域控制偏差曲线。仿真结果表明在考虑互联电网AGC系统双通道随机时延的情况下,所提方法能够保证系统良好的动态响应性能,从而验证了其可行性和有效性。 展开更多
关键词 自动发电控制(AGC) 集中式模型预测控制(cmpc) 互联电网 双通道随机时延
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机炉协调系统的模糊增益调度预测控制 被引量:39
10
作者 张铁军 吕剑虹 华志刚 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第4期158-165,共8页
多变量锅炉-汽机协调系统的动态特性随着工况而变化,文中提出了一种新型的模糊增益调度预测控制策略来控制这个非线性过程。基于模糊集合理论建立了机炉协调系统的非线性离散全局模糊模型,并设计了一种基于全局模糊模型的新型扩展状态... 多变量锅炉-汽机协调系统的动态特性随着工况而变化,文中提出了一种新型的模糊增益调度预测控制策略来控制这个非线性过程。基于模糊集合理论建立了机炉协调系统的非线性离散全局模糊模型,并设计了一种基于全局模糊模型的新型扩展状态空间预测控制器。它能方便地处理控制作用的受限优化问题,同时它卓越的滚动优化能力又确保了机炉协调系统在全工况范围内的最优控制品质。仿真试验表明:文中所提出的全局非线性预测控制器在控制作用幅值、速率均受限的情况下仍具有满意的全工况负荷跟踪性能。 展开更多
关键词 热能动力工程 机炉协调系统 模糊增益调度预测控制 非线性系统
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持续有界扰动下的非线性H_∞鲁棒预测控制 被引量:16
11
作者 何德峰 季海波 郑涛 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期215-219,共5页
针对未知但有界的持续扰动,提出了一种约束非线性H_∞鲁棒预测控制策略.首先,引入离散系统的输入状态稳定性概念;其次,采用仿射输入定义预测控制的控制律,并给出相应终端约束集的估计解法.进一步,得到预测控制闭环系统的鲁棒稳定性结论... 针对未知但有界的持续扰动,提出了一种约束非线性H_∞鲁棒预测控制策略.首先,引入离散系统的输入状态稳定性概念;其次,采用仿射输入定义预测控制的控制律,并给出相应终端约束集的估计解法.进一步,得到预测控制闭环系统的鲁棒稳定性结论.最后,数值仿真验证了上述策略的有效性. 展开更多
关键词 模型预测控制 输入状态稳定性 鲁棒稳定性 仿射输入 非线性约束系统
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一种基于H_∞理论的鲁棒预测控制方法 被引量:13
12
作者 陈虹 刘志远 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第2期296-300,共5页
融合 H∞ 控制的鲁棒概念和预测控制的滚动优化原理 ,提出了一种全新的约束动态对策预测控制方法 .对有状态和控制约束的不确定线性系统 ,证明了闭环系统的鲁棒稳定性并给出了鲁棒性条件 .该方法同时具有 H∞ 控制和预测控制的优点
关键词 H∞理论 约束系统 鲁棒稳定性 鲁棒预测控制
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一种基于LMI的非线性模型预测控制终端域优化方法 被引量:11
13
作者 于树友 陈虹 +1 位作者 张鹏 李学军 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第7期798-804,共7页
对于具有约束的非线性系统,提出了一种模型预测控制(Model predictive control,MPC)的终端域优化方法.基于线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)优化和非线性系统的范数有界线性微分包含(Linear differential inclusion,LDI),... 对于具有约束的非线性系统,提出了一种模型预测控制(Model predictive control,MPC)的终端域优化方法.基于线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)优化和非线性系统的范数有界线性微分包含(Linear differential inclusion,LDI),给出了求解非线性MPC终端代价函数和局部稳定控制器的一种方法,在此基础上可方便地得到非线性模型预测控制终端域.一个具体的数值算例验证了算法的有效性. 展开更多
关键词 模型预测控制 终端域 约束非线性系统 线性微分包含 线性矩阵不等式
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多变量非线性系统的有约束模糊预测解耦控制 被引量:9
14
作者 苏佰丽 陈增强 袁著祉 《系统工程学报》 CSCD 北大核心 2007年第5期546-550,共5页
针对多变量非线性系统提出了一种带约束输入的广义预测解耦控制算法:首先对多变量非线性系统建立T-S模糊模型,然后在每个采样点对系统进行局部动态线性化,将得到的系统线性化模型进行对角解耦,然后对其设计带输入约束的GPC算法.该算法... 针对多变量非线性系统提出了一种带约束输入的广义预测解耦控制算法:首先对多变量非线性系统建立T-S模糊模型,然后在每个采样点对系统进行局部动态线性化,将得到的系统线性化模型进行对角解耦,然后对其设计带输入约束的GPC算法.该算法充分考虑了控制输入及其增量受约束的情况,而且不必求Dio-phantine方程,减小了计算量,且削弱了变量之间的耦合程度.最后的仿真结果说明了该算法对多变量非线性系统的有效性. 展开更多
关键词 多变量非线性系统 T—S模糊模型 多变量解耦控制 广义预测控制(GPC) 约束输入
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有界扰动多变量Hammerstein系统输入到状态稳定模型预测控制 被引量:6
15
作者 何德峰 余世明 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期605-612,共8页
考虑具有状态和控制约束的有界未知扰动多变量Hammerstein系统,提出一种具有输入到状态稳定和有限L_2增益性能的鲁棒非线性模型预测控制策略.基于多变量线性子系统H_∞控制律,滚动预测非线性代数方程的解算误差,继而在线优化计算满足系... 考虑具有状态和控制约束的有界未知扰动多变量Hammerstein系统,提出一种具有输入到状态稳定和有限L_2增益性能的鲁棒非线性模型预测控制策略.基于多变量线性子系统H_∞控制律,滚动预测非线性代数方程的解算误差,继而在线优化计算满足系统约束条件的预测控制量.利用输入到状态稳定性概念和L_2增益思想,建立闭环系统关于该扰动信号具有鲁棒稳定性和L_2增益的充分条件,使闭环系统不仅满足系统约束,而且对不确定扰动输入和解算误差具有鲁棒性.最后以工业聚丙烯多牌号切换过程控制为例,仿真验证本文算法的有效性. 展开更多
关键词 HAMMERSTEIN模型 模型预测控制 约束控制 输入到状态稳定性 L2增益
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多变量非线性系统的有约束模糊预测控制 被引量:6
16
作者 苏佰丽 陈增强 袁著祉 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期1700-1704,共5页
针对多变量非线性系统提出了一种带约束输入的广义预测控制(GPC)算法.首先对多变量非线性系统建立T-S模糊模型,利用模糊聚类算法和正交最小二乘算法对输入变量的模糊划分及后件部分的参数分别进行辨识,然后在每个采样点对系统进行局部... 针对多变量非线性系统提出了一种带约束输入的广义预测控制(GPC)算法.首先对多变量非线性系统建立T-S模糊模型,利用模糊聚类算法和正交最小二乘算法对输入变量的模糊划分及后件部分的参数分别进行辨识,然后在每个采样点对系统进行局部动态线性化.根据得到的系统线性化模型设计GPC算法,该算法充分考虑了控制输入及其增量受约束的情况,而且不必求D iophantine方程,大大减小了计算量.仿真结果表明该算法能保证系统输出有效跟踪设定值,而且控制输入和控制增量均在其约束范围之内. 展开更多
关键词 多变量非线性系统 T-S模糊模型 广义预测控制(GPC) 约束输入
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零航速减摇鳍两步主从控制律设计 被引量:5
17
作者 金鸿章 王帆 +1 位作者 马玲 高妍南 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期1059-1064,共6页
零航速减摇鳍水动力特性与升力式减摇鳍存在本质差异,前者与鳍角、角速度、角加速度构成多约束动态非线性映射,不满足后者的近似线性关系,导致对抗式PID控制无法适用.针对零航速减摇鳍系统特有的动态输入非线性及整体结构,借助非线性分... 零航速减摇鳍水动力特性与升力式减摇鳍存在本质差异,前者与鳍角、角速度、角加速度构成多约束动态非线性映射,不满足后者的近似线性关系,导致对抗式PID控制无法适用.针对零航速减摇鳍系统特有的动态输入非线性及整体结构,借助非线性分离策略,提出并设计基于变约束模型预测控制与数值迭代反演的两步主从控制律.仿真结果表明,控制器性能良好,但受物理性硬约束影响,零航速减摇效率随海情增加而呈非线性递减趋势. 展开更多
关键词 零航速减摇鳍 输入非线性 两步主从控制 约束模型预测控制
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一类干扰有界约束非线性系统的鲁棒模型预测控制 被引量:5
18
作者 秦伟伟 马建军 +1 位作者 刘刚 郑志强 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期709-714,共6页
针对一类干扰有界约束非线性系统设计了基于控制不变集切换策略的鲁棒模型预测控制算法.针对非线性系统线性化之后的结果,给出了平衡点的非线性标称系统控制不变集的计算方法.然后在考虑线性化误差和加性有界干扰影响的基础上,构造了平... 针对一类干扰有界约束非线性系统设计了基于控制不变集切换策略的鲁棒模型预测控制算法.针对非线性系统线性化之后的结果,给出了平衡点的非线性标称系统控制不变集的计算方法.然后在考虑线性化误差和加性有界干扰影响的基础上,构造了平衡点附近最小鲁棒正不变集.结合不变集切换策略和Tube不变集控制方法,提出了干扰有界约束非线性系统的不变集切换策略.最后将该算法应用到一类典型的非线性化工过程连续搅拌反应釜(CSTR)中,仿真结果验证了算法的有效性. 展开更多
关键词 干扰有界约束非线性系统 鲁棒模型预测控制 不变集 连续搅拌反应釜
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约束Hammerstein系统构造性预测控制及其在聚丙烯牌号切换控制中的应用 被引量:2
19
作者 何德峰 宋秀兰 俞立 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期2182-2187,共6页
针对具有状态、输入和中间变量约束的连续时间Hammerstein系统,提出了一种多变量构造性模型预测控制策略。首先,基于Hammerstein系统的特殊结构,利用Raccati方程构造线性环节的控制Lyapunov函数,进而设计其一族可调控制律(即稳定控制类... 针对具有状态、输入和中间变量约束的连续时间Hammerstein系统,提出了一种多变量构造性模型预测控制策略。首先,基于Hammerstein系统的特殊结构,利用Raccati方程构造线性环节的控制Lyapunov函数,进而设计其一族可调控制律(即稳定控制类)。其次,对约束Hammerstein系统定义一个有限时域滚动优化控制问题,通过在线优化计算实际预测控制量。利用Lyapunov稳定性定理建立闭环系统渐近稳定的充分条件。最后,以工业聚丙烯装置牌号切换控制为例,仿真验证本文结果的有效性。 展开更多
关键词 约束Hammerstein系统 模型预测控制 控制LYAPUNOV函数 聚丙烯 牌号切换
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通讯信息约束下具有全局稳定性的分布式系统预测控制(英文) 被引量:1
20
作者 郑毅 李少远 魏永松 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期575-585,共11页
本文针对一类由状态相互耦合的子系统组成的分布式系统,提出了一种可以处理输入约束的保证稳定性的非迭代协调分布式预测控制方法(distributed model predictive control,DMPC).该方法中,每个控制器在求解控制率时只与其它控制器通信一... 本文针对一类由状态相互耦合的子系统组成的分布式系统,提出了一种可以处理输入约束的保证稳定性的非迭代协调分布式预测控制方法(distributed model predictive control,DMPC).该方法中,每个控制器在求解控制率时只与其它控制器通信一次来满足系统对通信负荷限制;同时,通过优化全局性能指标来提高优化性能.另外,该方法在优化问题中加入了一致性约束来限制关联子系统的估计状态与当前时刻更新的状态之间的偏差,进而保证各子系统优化问题初始可行时,后续时刻相继可行.在此基础上,通过加入终端约束来保证闭环系统渐进稳定.该方法能够在使用较少的通信和计算负荷情况下,提高系统优化性能.即使对于强耦合系统同样能够保证优化问题的递推可行性和闭环系统的渐进稳定性.仿真结果验证了本文所提出方法的有效性. 展开更多
关键词 大规模系统 预测控制 分布式预测控制 约束控制
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