快速模型預測控制算法的研究及應(yīng)用.pdf

1、模型預測控制（Model Predictive Control，MPC）是一種基于在線計算的控制優(yōu)化算法，能夠統(tǒng)一處理帶約束的多參數(shù)優(yōu)化控制問題。當被控對象結(jié)構(gòu)和環(huán)境相對復雜時，模型預測控制需選擇較大的預測時域和控制時域，因此大大增加了在線求解的計算時間，同時降低了控制效果。從現(xiàn)有的算法來看，模型預測控制通常只適用于采樣時間較大、動態(tài)過程變化較慢的系統(tǒng)中。因此，研究快速模型預測控制算法具有一定的理論意義和應(yīng)用價值。
　　為減少MP

2、C在線計算的復雜度和在線計算時間，本文提出了基于凸優(yōu)化工具CVXGEN和在線優(yōu)化的兩種快速模型預測控制算法，并分析了算法的原理和性能。最后將上述兩種算法分別應(yīng)用于三自由度直升機中，與傳統(tǒng)的模型預測控制以及顯式模型預測控制算法進行對比，分析了兩種快速預測控制算法各自的特性。
　　本文的主要工作和成果如下:
　　(1)分別綜述了模型預測控制、快速模型預測控制和三自由度直升機控制方法的發(fā)展及研究現(xiàn)狀。介紹了模型預測控制的基本原理和

3、凸優(yōu)化的相關(guān)理論，為下文的研究提供背景和理論基礎(chǔ)。
　　(2)針對顯式模型預測控制無法處理規(guī)模較大的問題，提出了基于凸優(yōu)化的快速模型預測控制算法。首先研究了凸優(yōu)化工具CVXGEN的基本原理，將其與模型預測控制相結(jié)合生成一類問題的高速求解器，用于求解該類問題的模型預測控制問題。然后將該方法應(yīng)用于簡單的中小型數(shù)值實例，分析了算法的性能和快速求解問題的能力。
　　(3)針對基于凸優(yōu)化的快速模型預測控制算法不適用于所有規(guī)模的最優(yōu)控制

4、問題，提出了快速在線模型預測控制算法，其主要采用改進的內(nèi)點法和熱啟動來降低在線計算的復雜度，從而減少在線計算時間。最后將該方法應(yīng)用于大中小型數(shù)值問題中，通過仿真驗證了其快速處理各類問題的能力。
　　(4)在參數(shù)選取一致的情況下，將基于凸優(yōu)化工具CVXGEN和在線優(yōu)化的兩種快速模型預測控制算法分別在三自由度直升機模型上進行仿真，并與傳統(tǒng)的模型預測控制和顯式模型預測控制算法進行比較。對比分析了各算法在控制性能、在線計算時間和誤差等方面