预测控制由于其处理多变量和约束的能力,在实际工业生产过程中得到了广泛应用,近年来由于可以考虑多样化经济指标,经济预测控制开始引起关注。但是,随着现代工业过程日趋大型化和复杂化,建模难度增加、预测控制在线计算负荷增大以及地理分散,都给集中控制带来巨大挑战。分布式预测控制结构实现了将大型系统分割为多个子系统分别控制,并且通过网络通信兼顾整体系统的性能优化。但同时,其动态性能受到内外部不确定因素影响:一方面有系统内部器件,如执行器和传感器故障,以及分布式控制中的网络通信故障;另一方面是系统外部的扰动、噪声等,这些都会影响到系统的被控性能。在分布式预测控制中,各子系统分别控制,但子系统间又存在耦合,在增强系统容错性和可扩展性的同时,不确定因素也会经耦合向外传递,产生新的问题。本文考虑故障及扰动情况,对分布式预测/经济预测控制的容错和抗干扰问题做出了以下几方面研究:1.间歇性传感器/执行器故障下分布式容错预测控制。首先经过对各分布式子系统的模型分解,针对有未知输入的分布式系统,提出了一种考虑子系统间耦合状态的分布式状态观测器的设计方法;在此基础上,根据已有的故障集,经过故障模态辨识,提出了间歇故障隐藏形式的分布式预测控制方法。所提方法中,观测器具有更快的收敛速度,且控制器设计无需间歇故障随机分布信息。2.缺乏先验故障集的分布式协同容错预测控制。对执行器间歇式故障,提出了故障执行器的“即插即用”策略,并在故障发生时协同邻居子系统同时完成执行器容错预测控制。对于通信故障,采用预测数据补偿通信时延、丢包带来的数据缺失。对于传感器故障,提出了分布式控制系统的鲁棒扩展状态观测器,实现了状态与传感器故障的同时、分布式估计。所提方法降低了各子系统的计算量,减少了控制器的冗余设计。3.未知有界扰动下分布式非线性系统的经济预测控制问题。针对未知有界扰动,提出了基于微分耗散约束的分布式非线性经济预测控制,所提方法通过引入非线性系统的微分动态以及鲁棒控制收缩度量,给出了参考点无关的微分耗散约束条件,保证了系统全局的微分耗散性,并给出了用于抗扰动的微分L2增益指标。最后通过改进的ADMM算法,实现了经济预测控制中具有全局优化目标和全局约束的分布式优化。4.可预测扰动的分布式非线性系统经济预测控制问题。对存在分段定常可预测扰动的系统,提出了保证全局一致性能的非线性系统分布式经济预测控制方法。在所提方法中,显式地考虑了可预测扰动对动态影响,通过构造含已知扰动微分动态的鲁棒控制收缩度量,和约束分段定常预测扰动变化的平均驻留时间,保证了在分布式经济预测控制作用下,此类系统的全局一致微分耗散性,并满足一致微分L2增益指标。5.可变结构的分布式预测控制问题。由于生产需求的变化,分布式系统内部耦合关系或子系统组成数目可能发生变化,从而引发整体系统平衡点、整体动态的改变。针对这种情况,应用能量流动模型,将耦合关系作为能量流动,提出了非线性系统平衡点无关的增量耗散分布式预测控制,其不仅能够忽略平衡点的变化,且对耦合变化的容忍能力强;而后,从整体系统的角度分析了子系统数目增、减情况下整体耗散性的变化,提高了系统的可扩展性。