混合/有界变量相关事件触发的多胞不确定系统模型预测控制

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国家“十四五”发展规划指出,信息化和工业化深度融合是信息化和工业化两个历史进程的交汇与创新。将通信网络引入传统工业系统,实现传统工业过程的网络化控制是未来发展的必然趋势。这类网络化控制系统(Networked Control System,NCS)中普遍存在多胞不确定性和硬约束等因素,采用模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)方法并借助其相比传统PID控制所独有的滚动优化特性,可以获得满意的控制性能。但NCS中网络资源有限,在数据传输过程中往往发生数据冲突,导致系统性能下降甚至失稳,这使得传统MPC方法不能直接用于NCS,亟待提出新的MPC方法。事件触发机制(Event-Triggered Mechanism,ETM)是节约网络资源的重要方法。该机制根据系统相关信息和所设定的触发条件判断每个时刻是否通过网络进行数据传输,使用ETM可以减少不必要的数据传输,节约网络资源。ETM为网络资源有限的NCS中的MPC研究带来了新思路。针对多胞不确定系统的事件触发MPC的研究具有十分重要的理论与现实意义。本文基于对现有ETM下模型预测控制研究成果的深入分析,提出了两种全新的动态事件触发机制(Dynamic Event-Triggered Mechanism,DETM)。并基于所提机制针对多胞不确定系统设计了相应的MPC算法,可在保证控制性能的同时节约网络资源。本文主要工作和贡献如下:1)提出了混合变量相关DETM,设计了混合变量相关DETM下的MPC算法。该混合变量相关DETM包含了加性内部动态变量,乘性自适应变量和时变加权矩阵。通过仿真和实验两个方面验证了所提算法的有效性。同时通过在仿真和实验方面与现有DETM下MPC相关研究成果进行了对比,验证了所提混合变量相关DETM的优越性。2)提出了有界动态变量相关DETM,设计了有界动态变量相关DETM下的MPC算法。该有界动态变量相关DETM同时包含了有界的加性内部动态变量和时变加性参数。利用内部动态变量的有界性提出了新的方法以获得无限时域代价函数的上界并得到可解的辅助优化问题。通过仿真验证了所提算法的有效性。3)提出了融合测量输出信息的有界动态变量相关DETM,设计了基于状态观测器的输出反馈MPC控制器,并设计了相关输出反馈MPC算法。通过仿真验证了所提算法的有效性。并通过与现有的时变阈值ETM和静态ETM下MPC相关研究成果进行了对比,验证了所提有界动态变量相关DETM的优越性。
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