终端约束事件触发的预测控制器设计

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事件触发控制最早应用于资源有限的系统,通过设计与状态相关的触发条件并按照触发条件的满足与否进行信号传输与系统控制,从而使得系统资源可以得到有效利用,解决资源有限系统中计算资源(优化次数)与系统稳定性间的矛盾。在约束预测控制中,除了系统资源与稳定性的矛盾,还存在系统可行性、最优性与计算复杂度的基本矛盾,但这一矛盾可以通过根据系统状态合理地设计终端约束来解决。本文不仅通过设计与终端约束相关的事件触发条件,使系统在保持稳定性的情况下有效地减少优化次数,还将事件触发应用于控制器中,根据由终端约束设计的触发条件在线地设计终端约束,从而解决系统可行性、最优性与计算复杂度之间的矛盾。主要工作与创新点包括:1.集合序列事件触发预测控制:针对有约束的预测控制系统,构建了一个与闭环可行状态轨迹相关,又不依赖于此轨迹的集合序列。利用该序列的收敛性和可行性设计事件触发条件,在保证系统稳定性的前提下有效减少了优化次数。与其他有约束系统的事件触发相比,该方法的触发条件更简单,有效。2.基于集合序列的终端约束事件触发预测控制器设计:针对预测控制中可行域大小与计算复杂度的矛盾,利用上一章构建的集合序列中集合之间的i步集关系,创新性地将事件触发控制框架应用到控制器内部。利用状态终端约束构成的触发条件判断当前系统的可行性,并在事件触发后选择使系统可行的终端集,使系统在任意优化时域下始终具有最大的吸引域,剥离了可行域对优化时域的依赖。3.终端约束事件触发预测控制器设计:基于集合序列的方法需要线下计算一系列集合,求解过程会有些繁琐,并且系统最优性受限于集合序列中最小的集合。本章引入Minkowski泛函,将终端集参数化,从而将终端集合的线下计算、线上综合转化为完全的线上优化;提出可行裕量的概念,定量地描述当前系统的可行性情况。与基于集合序列的方法相比,该算法不用计算复杂的集合序列,具有更大的灵活性,并且可以得到更好的系统性能(最优性得到改善)。4.终端约束事件触发分布式预测控制:将终端约束事件触发预测控制扩展到分布式预测控制中,使得分布式预测控制中每个子系统始终都具有最大的可行域,保证了存在耦合时的各子系统的强可行性。结合定义在邻域的Lyapunov函数,保证了全局系统的稳定性,减小原有分布式系统稳定性约束的保守性。
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