模型预测控制--现状与挑战

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.

预测控制性能研究的新进展

随着预测控制在工业过程中的广泛应用 ,近年来 ,预测控制理论研究也取得很大进展 .本文系统地综述和评析了在预测控制性能方面理论研究的新进展 ,主要内容包括预测控制系统的稳定性、鲁棒性、可行性等性能以及对非线性系统的研究 .

一类动态不确定环境下机器人的滚动路径规划

研究了一类全局环境未知且存在动态障碍物情况下的机器人路径规划问题 .借鉴预测控制滚动优化原理 ,给出了基于滚动窗口的移动机器人路径规划方法 .充分利用机器人实时测得的局部环境信息 ,实施在线滚动规划 ,把优化与反馈机制合理结合起来 ,对动态不确定环境具有良好的适应性 .

遗传算法综述

遗传算法来源于进化论和群体遗传学，是计算智能的重要组成部分，正受到众多学科的高度重视．本文系统综述了遗传算法的发展历程，理论研究和应用研究，并进行了分析和评论．

有约束多目标多自由度优化的可行性分析及软约束调整

有约束多目标多自由度优化是从复杂工业过程优化控制的实际应用背景出发而提出的．文中讨论了它的可行性问题，并将其规范成一线性规则问题，给出了判断可行性及调整软约束的统一算法．

非线性系统预测控制的多模型方法

本文在非线性系统的线性化多模型基础上，引入多模型参考轨迹逼近期望轨迹，提出了一种非线性系统预测控制的多模型方法．仿真结果表明，这种方法是有效的．

广义预测控制系统性质的进一步研究

利用广义预测控制系统的内模控制结构，分析了系统的闭环性质，给出有关设计参数与闭环系统阶数之间关系的定理，从而使得通过适当选取设计参数来配置闭环系统阶数成为可能，并提供了一种基于系数空间映射的新思路研究ＧＰＣ系统的性质．

工业过程有约束多目标多自由度优化控制的可行性分析

有约束多目标多自由度优化（ＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄＭｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅＭｕｌｔｉｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＣＭＭＯ）是从复杂工业过程优化控制的实际应用背景出发而提出的，本文介绍了ＣＭＭＯ的基本思想，着重讨论了ＣＭＭＯ中的可行性问题，给出了可行性分析的有效方法．该方法从一般意义来讲，又可以解决两类数学问题．第一类是高维空间具有一定规则的两平直多面体之间是否相交，以及相交区域的估计问题，第二类是一组不等式之间是否相容，以及相容区域的估计问题．

多智能体系统一致性的递阶结构设计

针对多智能体系统的一致性协作,研究了以提高群体一致性收敛速度为目标的多层递阶拓扑结构设计问题.首先讨论了满足物理拓扑约束并具有更优性能的递阶拓扑结构存在的可能性.在此基础上,根据一致性问题的收敛时间性能指标,将递阶结构设计转化为一个与多层递阶系统中所有子图拉普拉斯矩阵特征值相关的优化问题.通过将连通图转换为若干点导出子图和它们之间的关联图,提出一个该优化问题的双层拓扑结构设计算法,并基于该算法发展了满足物理拓扑结构约束的多层递阶结构设计算法.仿真算例表明由此设计的递阶协作过程可有效加快多智能体群体一致性的收敛速度.

预测控制定性综合理论的基本思路和研究现状

通过引入最优控制理论和Lyapunov方法,预测控制的理论研究在最近十多年中发展迅速,取得了丰硕成果.本文总结了预测控制定性综合理论的基本思路,回顾了近十年关于具有稳定性和性能保证的预测控制的主要研究成果,并根据近年来预测控制研究的发展趋势,指出高效预测控制的研究已逐渐成为这一领域研究的热点.

控制、规划和调度问题中的博弈论应用

剖析了博弈理论蕴涵的方法论之思想和基本原理,回顾并分析了博弈理论在控制、规划和调度问题中的应用现状,指出了博弈应用研究的要点和今后的研究方向.

动态不确定环境下广义控制问题的预测控制

通过对预测控制方法论思想的剖析 ,把预测控制的基本原理从控制问题推广到一般的广义控制问题求解 ,并以机器人实时路径规划和FMS实时加工调度为例说明了其应用 ,为动态不确定环境下基于优化的各类问题求解提供了新的思路 .

大系统控制论与复杂网络——探索与思考

随着通信技术和网络技术的飞速发展,在社会、经济乃至日常生活领域中,出现了越来越多的复杂动态网络.网络科学作为一门新兴的交叉学科,对复杂动态网络性能特征、演化进程和控制方法的研究已取得了丰富的成果.大系统控制论以高维动态大系统的行为分析和控制优化为主要研究内容,应该能为复杂网络的研究提供有益的借鉴.本文针对复杂动态网络研究的一些热点问题,探索了用大系统控制理论和方法解决复杂网络结构分析和控制的可能性,分析了面临的困难和应对的思路.针对大规模复杂动态网络的控制和优化,提出了集网络科学的宏观分析方法、控制科学的定量设计方法和信息科学的智能处理方法于一体的多层递阶结构.

复杂工业过程的满意控制

本文从分析工业过程优化控制的环境出发，针对复杂工业过程的特点与用户要求提出了满意控制的概念，给出了满意控制的基本框架，分析了它对复杂工业环境的适应性．

广义预测控制系统的闭环分析

本文通过把广义预测控制转化为内模控制结构,导出了其中控制器、滤波器的定量表达,并在此基础上分析了系统的闭环动态特性、稳定性和鲁棒性。这些理论结果提供了设计广义预测控制系统的依据。

连续非线性系统预测控制的次优性分析

针对一般连续非线性系统，研究了有终端约束的稳定预测控制策略相对传统最优控制的次优性问题．通过分析预测控制的有限时域滚动优化性质，得到了预测控制次优性的上界，并且将该结果应用于连续线性系统，得到了一个量化的次优性评价指标．

关于预测控制的进一步思考

关于预测控制的进一步思考席裕庚（上海交通大学自动化研究所，２０００３０）七十年代中期出现的预测控制算法，在经历了近二十年的发展后，已以其强大的生命力而为控制界所瞩目．面对预测控制的蓬勃发展，如果我们重温一下ｆｏｃｈａｉｅｔ等１９７８年在Ａｕｔｏｍａｈ...

一类工业过程预测控制的闭环分析

该文定量分析了一类典型工业过程预测控制系统的闭环性能；文中首先基于广义动态矩阵控制系统的内模控制结构和控制器的最小化形式，导出了一阶惯性加时滞的典型对象预测控制的闭环传递函数，在此基础上，给出了预测控制中主要设计参数与闭环动态响应和扰动抑制时间的解析关系以及关于闭环系统鲁棒性的三个定理，提出了对增益或时滞失配允许范围的搜索算法，从而为分析和设计预测控制系统提供了理论依据．

注重控制科学的方法论研究

通过对控制理论中解决复杂问题的若干典型例子的剖析 ,揭示了方法论思想在处理控制系统复杂性中的重要作用 ,指出了控制中的方法论思想是一种具有结构性的高层智能 ,它理应在智能控制中占据重要的地位 ,同时也指出了通过复杂系统控制的研究发掘这类高层智能的重要性 .

典型振荡过程动态矩阵控制的性能分析

基于动态矩阵控制的闭环传递函数，研究了典型振荡过程在动态矩阵控制下的系统性能，给出了主要设计参数与系统稳定性、动态响应的若干重要关系。