车辆轨迹模型预测控制器的算法研究

为提高无人驾驶汽车行驶控制中的跟踪精度和车辆稳定性,提出了一个改进的模型预测控制器(MPC)。首先,为解决高速转弯工况下轮胎侧偏刚度的强非线性特性导致的车辆失稳问题,建立了轮胎动态侧偏刚度估计器进行实时估计;在此基础上,利用改进粒子群算法对现有模型预测控制器的时域参数进行优化,以提高算法跟踪精度和稳定性;最后,为验证控制器的效果,选取合适的工况进行了联合仿真测试。结果表明,改进控制器在高速转弯的工况下,跟踪精度误差降为4.9%,横摆角误差降为2.6%,比传统模型预测控制器分别提高了67.8%和62.3%,比模糊控制算法优化的控制器分别提高了55.8%和58%。

过热汽温模糊神经网络预测控制器的设计

针对锅炉过热汽温的特点,设计前馈-反馈串级复合型控制系统。主控制器采用基于神经网络预测模型的模糊神经控制,即该控制器首先是将神经网络与预测控制相结合,采用改进的递阶遗传算法对神经网络的权值和结构同时进行训练,实现了非线性、大时滞系统模型的精确预测;然后将模糊控制与神经网络相结合,实现模糊神经预测控制。副控制器采用二自由度PID控制器。仿真结果表明,该控制显著提高锅炉过热汽温这一非线性、大时滞系统的控制品质,且易于工程实现。

有界扰动系统高效鲁棒预测控制器设计

具有有界扰动的有约束线性系统是一类常见的不确定系统.针对此类系统,本文借鉴扰动不变集方法,通过离线设计两个椭圆不变集以降低以往设计的保守性,进而提出一种有界扰动系统的高效鲁棒预测控制器(SD-ERPC)的设计方法.该方法能够较好地处理扰动对系统的影响,在减小控制器在线计算量的同时,扩大原ERPC设计的初始可行域,且具有较好的控制性能.文中给出了SD-ERPC控制器可行性和鲁棒稳定性的理论证明,并通过仿真算例验证了该控制器的有效性.

基于模糊满意度的广义预测控制器参数的在线调整

广义预测控制器 (GPC)中控制量的加权系数 λ直接影响着控制系统的调节品质 ,调整 λ值对调节系统的超调量和调节时间的作用是相矛盾的。为此提出调节品质满意度的概念 ,形成基于模糊满意度的多目标决策问题 ,动态地调整 GPC目标函数中的加权系数 λ。仿真结果表明 ,该方法能够同时满足系统的多种控制品质的要求。

基于Anytime算法的模型预测控制器的优化反馈调度

模型预测控制器可以实现为具有Anytime算法特征的模型预测控制(MPC)任务,它允许在执行时间和控制性能之间进行折衷.文中针对一组MPC任务,提出一种优化反馈调度算法(FS-CBS),在有限处理器时间约束范围内使全局控制性能最大化.该算法为每个MPC任务分配了一个恒定带宽服务器(CBS),并对CBS所预定的处理器时间进行动态调节,同时通过约束条件保证整个任务集的可调度性和各组分的稳定性.仿真结果表明,该算法对MPC运行时的执行时间变化不敏感,明显优于基本的CBS算法.

城轨列车自动驾驶广义预测控制器的算法研究

近年来,轨道交通发展非常迅速,其中ATO设备负责列车的牵引和制动,这直接影响城轨运行的安全和效率。已有的城轨ATO控制方法由于控制算法过于复杂,或者需要迭代求解且计算时间不确定等,因而仅具有理论意义,难以在工程上实现。广义预测控制算法就是一种简单高效、易于工程实现的控制算法,但是其设计之初并没有考虑ATO控制的特殊需求。通过改进广义预测控制算法,在优化目标中增加了超调抑制项,重新推导预测输入表达式,并增加输入饱和约束,设计了采用二次曲线的平滑的牵引和制动目标曲线,从而保障乘客乘车的安全性和舒适性。通过仿真,证明算法的易用性、安全性和有效性。

基于EGA的非线性预测控制器

提出一种基于 Volterra模型的非线性预测控制器。采用收敛精度高、速度快的 EGA算法滚动求解控制律 ,反馈校正中考虑了对误差和输出变化趋势影响的双重抑制。对一类非线性系统的仿真研究表明该预测控制器响应快 ,具有较强的鲁棒性 。

基于小波网络动态补偿的广义预测控制器

由于广义预测控制器依赖于表征过程的线性模型，没有考虑未建模误差的影响，随着预测长度的增加，其预测误差也增大．因此，提出用小波网络建立误差的预测模型，并对模型预测进行动态补偿，以抑制模型失配的影响，增强鲁棒性．仿真结果表明了算法的有效性．

废杂铜冶炼过程子空间预测控制器的设计

针对废杂铜冶炼过程的非线性时变、动态特性突变显著等特点,提出一种基于机理分析的自适应子空间预测控制方法。该方法将机理分析与数据驱动方法相结合,通过比较预测误差在线更新预测模型,增强了控制器对非线性时变特征的适应能力,使控制器的物理意义更加明确。最后对废杂铜冶炼过程的实际运行数据进行仿真研究,验证了方法的有效性。

约束滚动控制序列的预测控制器在船舶驾驶控制中的仿真研究

本文通过约束预测控制器的滚动优化序列，在控制律的计算中避免了矩阵求逆运算，大大地减少了计算量，有利于控制器的在线实现。仿真结果表明了该控制器的快速性及优良性能。

仿人逻辑预测控制器在主汽压系统的应用

基于逻辑控制和预测控制的基本理论,针对火电厂主蒸汽压力系统的特点以及泛布尔代数的多值逻辑控制器和预测控制器模型结合,形成的一种新型的智能控制器——仿人逻辑预测控制器,将此控制器应用于主汽压控制系统以改善控制性能。通过仿真试验表明,该控制方案对被控对象模型的大范围变化表现出强鲁棒性。

模型预测控制器的广义最小方差性能评价

基于滚动时域最小方差性能评价方法和广义最小方差控制原理,提出了可处理约束问题的滚动时域广义最小方差性能评价方法。该性能评价方法既可考虑过程变量的硬约束,同时相对于滚动时域最小方差性能评价方法,又可考虑操纵变量的软约束。基于Wood-Berry精馏塔模型的仿真实例证明了该性能评价方法较滚动时域最小方差性能评价方法具有更高的实际意义,并验证了这种性能评价方法的有效性。

带有UKBF的船舶动力定位预测控制器设计

为了精准设计水面船舶动力定位控制系统,将无迹卡尔曼布西滤波与非切换解析模型预测控制方法相结合提出一种预测控制器的设计方法.采用无迹卡尔曼布西滤波算法解决非线性连续系统的滤波问题,获取船舶运动状态的估计值;结合相对阶概念,根据船舶运动非线性模型,应用非切换解析模型预测控制方法设计动力定位非线性控制器,使船舶保持在指定位置.研究结果表明:设计控制器的输出较为平滑,有利于减少推进器磨损;设计控制器使船舶北向位置调节时间小于40 s,超调量小于5%,东向位置调节时间小于60 s,超调量小于5%,艏向角度的最大偏移量小于1.5°,令船舶快速到达了指定位置.

基于累积平方误差-总平方波动指标的模型预测控制器性能评价及自愈

本文针对模型预测控制器实际投运中遇到性能下降问题,提出了一种基于累积平方误差(ISE)–总平方波动(TSV)指标的模型预测控制器性能评价及自愈方法.先基于累积平方误差(ISE)和总平方波动(TSV)指标对模型预测控制器进行实时性能评价,再根据无限时域模型预测控制器(MPC)的逆特性,基于ISE–TSV指标的分析,提出了一种MPC控制器的鲁棒自愈方法.在二级倒立摆的模型预测控制仿真与实验结果证明了所提自愈方法的可行性及有效性.

民用涡扇发动机预测控制器设计

对一定包线范围内的稳态预测控制器和加速减速过渡态控制器设计展开研究。针对某大涵道比民用涡扇发动机,根据发动机进口参数的相对变化指标对控制区域进行划分,以标称点处发动机线性模型为对象设计了相应的预测控制器,利用提出的多层参数调度方案实现了不同飞行条件及不同发动机状态下预测控制器参数的自适应调整。仿真结果表明:所设计的发动机预测控制系统在控制区域内的设计点和非设计点均具有良好的性能,为全包线设计提供了有效方法。

基于李亚谱诺夫稳定性的预测控制器设计及其应用研究

预测控制对具有大惯性、大滞后特性的工业过程具有优良的控制性能,但是目前己有的预测控制方法大多数是基于极小化某一性能指标的优化方法的,因而存在稳定性分析困难,难以实现控制算法的稳定性设计的问题,阻碍了预测控制在电力企业热工过程控制中的推广应用。为此,该文基于李亚谱诺夫稳定性理论,提出了一种新的模型预测控制方法及其相应的控制算法,将该算法应用于单元机组过热汽温控制进行仿真研究,并与广义预测控制(GPC)方法进行比较,结果表明基于李亚谱诺夫稳定性的预测控制方法是有效的,其控制性能明显优于常规的广义预测控制。

一种用于液压伺服系统位置跟踪的混合模型预测控制器设计

为了提高液压伺服系统对目标位置的跟踪准确度,设计一种用于液压伺服系统位置跟踪的混合模型预测控制器。首先,通过对液压伺服系统建模,分析其组成结构,建立液压缸与伺服阀的运动学模型。然后,对传统模型预测控制器的工作状态进行分析,获取其对应的线性时不变模型。并在传统模型预测控制器的基础上,利用通过布谷鸟搜索算法改进的PID控制器,设计了混合模型预测控制器。最后,利用所设计的混合模型预测控制器,对阶跃、方波以及不规则信号产生的目标位置轨迹进行了跟踪测试。测试结果显示:所设计的混合模型预测控制器不仅能够跟踪多种信号产生的目标位置轨迹,而且跟踪准确度较高、波动性较小;混合模型预测控制器在跟踪阶跃、方波以及不规则信号产生的目标位置轨迹时,相比传统模型预测控制器的跟踪结果,最大偏离度分别减小了6.77%、17.39%、19.64%,说明所设计的混合模型预测控制器能够控制液压伺服系统对目标位置进行良好的跟踪。

基于简化模糊模型的广义预测控制器

利用自适应模糊推理修正非线性系统的局部线性化 ,提出一种基于模糊辨识的非线性系统广义预测控制器。仿真研究表明 ,该算法能有效实现对非线性对象的预测控制 ,抑制外来噪声 。

基于预测控制器的电液伺服系统节能方法研究

设计基于预测控制器的电液伺服系统节能方法,以控制电液伺服系统准确追踪期望位置的同时,达到节能的效果。从电液伺服系统的原理出发,分析电液伺服系统的工作原理及结构组成。利用比例方向控制阀阀芯位移,计算出液压缸腔室与油箱压力及供给压力间的压差值。利用活塞位移求取腔室内的压力连续性方程。在考虑比例方向控制阀阻尼系数的基础上,建立其对应的运动方程。利用比例溢流阀的开度,求取其动态方程。通过腔室压力值、比例溢流阀的开度,建立电液伺服系统的状态模型。以期望位置为依据,计算出腔室内压力的期望值,进而求取所需供给压力。利用所需供给压力,构造预测控制器,对电机的转速进行预测控制,以达到动态调节供给压力的效果,实现节能控制。实验结果表明:与采用滑模控制的恒压方法相比,该方法对正弦及随机期望位置的追踪精度分别提高了44.93%和39.98%,对应的能耗分别降低了13.45%和10.54%。该方法对电液伺服系统的位置控制效果及节能控制效果都较好。

混合逻辑动态系统的预测控制器设计

介绍了混合逻辑动态(MLD)系统及其预测控制的优化问题,使MLD系统在满足操作约束的情况下能稳定在期望的稳态值上,同时尽可能地考虑用启发规则表示的定性知识。根据混合逻辑动态系统的标准形式,转化为混合整数二次规划(MIQP)的问题,同时获得它的数学描述。应用相应的混合整数二次规划解题器实施滚动优化技术,在参量可以调整的情况下,得到较好的控制效果。并以三槽水位模型(混合逻辑动态系统的Benchmark问题)作为仿真实例,仿真结果表明了预测控制的良好性能。