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基于非线性模型预测控制的拖挂车系统泊车轨迹规划方法
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作者 杨毅 贾博铂 +2 位作者 高亮 李岱伟 谢杉杉 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第2期179-188,共10页
拖挂车是欠驱动与非完整约束高度耦合的非线性系统,具有状态维度高、约束复杂、内部稳定性差等特点,导致其泊车轨迹规划的求解时间长。因此,设计了一种基于非线性模型预测控制的拖挂车泊车轨迹规划方法,通过融合系统多元约束,构建优化问... 拖挂车是欠驱动与非完整约束高度耦合的非线性系统,具有状态维度高、约束复杂、内部稳定性差等特点,导致其泊车轨迹规划的求解时间长。因此,设计了一种基于非线性模型预测控制的拖挂车泊车轨迹规划方法,通过融合系统多元约束,构建优化问题,规划无碰撞的泊车轨迹。为加速优化问题的求解,首先,在系统的高维状态空间中使用结合Reed-Shepp(RS)曲线的改进快速扩展随机树(RRT*-RS)进行随机采样,以RS曲线满足反向行驶的特性,找到一条近似最优路径作为优化问题热启动的参考解。然后,在求解优化问题时,选用近似平均牛顿法以节约求解时间,提升系统实时性。最后,进行了倒库泊车、侧方泊车、多障碍物等场景实验仿真验证,仿真结果表明所提方法在不同场景下均可实现拖挂车泊车快速轨迹规划,求解时间与传统内点法和序列二次规划法相比均有40%以上的提升。 展开更多
关键词 拖挂车系统 自主泊车 轨迹规划 非线性模型预测控制 近似平均牛顿法
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持续扰动下多耦合非线性系统分布式经济模型预测控制
2
作者 王定超 何德峰 谢永芳 《自动化学报》 北大核心 2025年第3期692-704,共13页
针对持续扰动下的分布式状态耦合非线性系统,提出一种新的多耦合分布式经济模型预测控制(Economic model predictive control,EMPC)策略.由于耦合非线性系统的经济性能函数的非凸性和非正定性,首先引入关于经济最优平衡点的正定辅助函... 针对持续扰动下的分布式状态耦合非线性系统,提出一种新的多耦合分布式经济模型预测控制(Economic model predictive control,EMPC)策略.由于耦合非线性系统的经济性能函数的非凸性和非正定性,首先引入关于经济最优平衡点的正定辅助函数和相应的辅助优化问题.接着,利用辅助函数的最优值函数构造原始分布式EMPC的一类隐式收缩约束.然后,建立状态耦合分布式EMPC的递推可行性和闭环系统关于最优经济平衡点的输入到状态稳定性(Input-to-state stability,ISS).最后,以耦合的四个连续搅拌釜反应器(Continuous stirred tank reactors,CSTRs)为例,验证本文所提策略的有效性. 展开更多
关键词 模型预测控制 分布式控制 非线性系统 经济优化 耦合系统
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风力发电控制系统的实时非线性经济模型预测控制
3
作者 王文文 刘向杰 孔小兵 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第3期679-690,共12页
为应对风电系统经济效益控制和实时性要求的新挑战,针对风力发电控制系统,提出了一种非线性经济模型预测控制策略。在最大化发电功率的同时减少了塔架和齿轮箱等关键结构的疲劳负荷,设计了一个滚动时域估计器为优化提供有意义的初始化... 为应对风电系统经济效益控制和实时性要求的新挑战,针对风力发电控制系统,提出了一种非线性经济模型预测控制策略。在最大化发电功率的同时减少了塔架和齿轮箱等关键结构的疲劳负荷,设计了一个滚动时域估计器为优化提供有意义的初始化。优化问题求解方面,利用相邻采样时刻间非线性规划程序的相似性,实现了算法的实时迭代求解。以5 MW风电机组作为研究对象,在ACADOS框架下实时迭代求解最优控制问题。仿真结果表明:所提控制策略能够有效提高系统运行经济效益并且能够实现实时控制。 展开更多
关键词 风力发电控制系统 非线性经济模型预测控制 滚动时域估计 疲劳负荷 实时迭代
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一类高阶随机时滞非线性系统状态反馈控制问题分析
4
作者 高晋鹏 《数字技术与应用》 2025年第2期58-61,共4页
在工程问题中,时滞现象与随机扰动不可避免地存在于许多实际的动力系统中,同时真实的物理系统与工业过程往往具有强非线性,随机时滞非线性系统是广泛存在的系统模型,其相关研究在电力、机械、生物、经济等领域有广泛的应用前景。基于此... 在工程问题中,时滞现象与随机扰动不可避免地存在于许多实际的动力系统中,同时真实的物理系统与工业过程往往具有强非线性,随机时滞非线性系统是广泛存在的系统模型,其相关研究在电力、机械、生物、经济等领域有广泛的应用前景。基于此,本文针对一类高阶随机时滞非线性系统,基于李雅普诺夫稳定性理论,研究了该系统的状态反馈控制问题。 展开更多
关键词 高阶随机时滞非线性系统 状态反馈控制 李雅普诺夫稳定性理论 动力系统 随机扰动
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光储氢集成系统的随机模型预测控制方法
5
作者 王翰林 赵建立 +1 位作者 张沛超 孙烨 《电力自动化设备》 北大核心 2025年第2期86-93,126,共9页
光储氢集成系统是提升光伏消纳率、降低电解制氢成本的重要途径之一,但电解槽复杂的非线性模型以及光伏出力的高随机性给系统运行优化带来了困难。提出电解槽的高精度凸拟合模型,该模型能计及电解槽功率和温度对效率的影响,且便于优化... 光储氢集成系统是提升光伏消纳率、降低电解制氢成本的重要途径之一,但电解槽复杂的非线性模型以及光伏出力的高随机性给系统运行优化带来了困难。提出电解槽的高精度凸拟合模型,该模型能计及电解槽功率和温度对效率的影响,且便于优化问题的建模与求解。将模型预测控制(MPC)与随机优化相结合,提出光储氢集成系统的二阶段随机MPC方法。建立双层求解框架,其中上层用于处理电解槽的非线性模型,下层基于交替方向乘子法实现大规模场景的解耦计算。光储氢集成系统的仿真算例结果表明,配置电池、储氢罐等储能单元显著提升了制氢的经济性和光伏消纳率;相较于常规MPC,考虑光伏和氢负荷分布信息的二阶段随机MPC进一步提升了系统经济性。 展开更多
关键词 电解槽 光储氢集成系统 最优调度 凸拟合模型 模型预测控制 随机优化
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约束非线性系统理想点多目标安全预测控制
6
作者 何德峰 操佩颐 岑江晖 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期355-363,共9页
考虑具有状态和控制约束的仿射非线性系统多目标安全控制问题,本文提出一种保证安全和稳定的多目标安全模型预测控制(MOSMPC)策略.首先通过理想点逼近方法解决多个控制目标的冲突问题.其次,利用控制李雅普诺夫障碍函数(CLBF)参数化局部... 考虑具有状态和控制约束的仿射非线性系统多目标安全控制问题,本文提出一种保证安全和稳定的多目标安全模型预测控制(MOSMPC)策略.首先通过理想点逼近方法解决多个控制目标的冲突问题.其次,利用控制李雅普诺夫障碍函数(CLBF)参数化局部控制律,并确定系统不安全域.在此基础上,构造非线性系统的参数化双模控制器,减少在线求解模型预测控制(MPC)优化问题的计算量.进一步,应用双模控制原理和CLBF约束,建立MOSMPC策略的递推可行性和闭环系统的渐近稳定性,并保证闭环系统状态避开不安全域.最后,以加热系统的多目标控制为例,验证了本文策略的有效性. 展开更多
关键词 非线性系统 模型预测控制 多目标控制 安全控制 稳定性
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具有执行器饱和与随机非线性扰动的离散系统模型预测控制 被引量:5
7
作者 石宇静 李善强 武俊峰 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第8期99-104,共6页
针对具有执行器饱和与随机非线性扰动的离散系统,提出一种模型预测控制器设计方法。通过引入一个服从Bernoulli分布且已知条件概率的随机变量描述系统的随机非线性扰动,根据预测控制的滚动优化原理,在每一采样时刻,求解保证无穷区域二... 针对具有执行器饱和与随机非线性扰动的离散系统,提出一种模型预测控制器设计方法。通过引入一个服从Bernoulli分布且已知条件概率的随机变量描述系统的随机非线性扰动,根据预测控制的滚动优化原理,在每一采样时刻,求解保证无穷区域二次性能指标期望值的上界达到最小的优化问题。运用Lyapunov稳定性理论,给出了保证控制算法可行性和闭环系统随机稳定性的充分条件。最后通过仿真验证了所提控制方法的有效性。 展开更多
关键词 模型预测控制 执行器饱和 随机非线性扰动
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基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法
8
作者 钱夔 宋爱国 田磊 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期227-234,共8页
针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱... 针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱方法(FSM)的物理控制方程约束,时空数据在网络模型与频域控制约束耦合下实现无标签数据加速训练,完成系统演化学习。最后在Burgers系统上进行湍流预测验证,实验结果表明该方法可在物理规则约束下实现无标签非线性复杂建模,对比主流PINN模型及其变体,具有更快的学习速度与预测准确率。在t≤0.25 s、t≤0.5 s短时预测情况下,经前期20次训练后系统预测均方误差(MSE)相比主流基准模型同期预测,MSE降低了86%与95%,在t≤2 s长时预测情况下,经充分训练后系统预测MSE能降低80%。 展开更多
关键词 物理信息神经网络 傅里叶谱方法 频域控制方程约束 Burgers系统 非线性系统预测
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饱和离散随机非线性系统的H_∞模型预测控制 被引量:2
9
作者 王俊明 丁川 +1 位作者 片锦香 石宇静 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 北大核心 2015年第1期37-44,共8页
针对饱和离散随机非线性系统,研究状态反馈H∞模型预测控制问题.该系统同时考虑了执行器饱和、随机发生非线性和外部扰.利用扇形有界条件将非线性饱和函数分解为线性部分和非线性部分,并且采用概率统计的方法刻画系统的随机非线性.基于L... 针对饱和离散随机非线性系统,研究状态反馈H∞模型预测控制问题.该系统同时考虑了执行器饱和、随机发生非线性和外部扰.利用扇形有界条件将非线性饱和函数分解为线性部分和非线性部分,并且采用概率统计的方法刻画系统的随机非线性.基于Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式(LMI)技术给出了保证H∞性能和闭环系统随机稳定的充分条件.最后通过仿真算例验证所提H∞模型预测控制方法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 模型预测控制 执行器饱和 随机非线性扰动
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非线性随机干扰系统轨迹跟踪预测自适应控制 被引量:1
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作者 李双艳 郑哲文 朱洪前 《中南林业科技大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期109-112,共4页
针对一类受到随机干扰的非线性系统,研究了基于预测控制的轨迹跟踪自适应控制算法,该方法考虑了随机性的干扰,在控制过程中,系统不断修正非线性预测模型来提高预测精度,同时根据二次性能指标确定当前时刻的控制动作,即先预测后控制,明... 针对一类受到随机干扰的非线性系统,研究了基于预测控制的轨迹跟踪自适应控制算法,该方法考虑了随机性的干扰,在控制过程中,系统不断修正非线性预测模型来提高预测精度,同时根据二次性能指标确定当前时刻的控制动作,即先预测后控制,明显地优于经典的反馈控制系统.matlab仿真结果表明,所设计的非线性模型预测自适应控制能较好的实现轨迹跟踪.相比于经典的比例积分控制算法,该算法克服不确定干扰的能力提高,动态性能更好,超调现象得到改善. 展开更多
关键词 自动控制 非线性模型预测 轨迹跟踪 自适应控制 随机干扰
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一类非线性随机系统的自适应预测控制 被引量:7
11
作者 侯晓秋 陈志学 《电气传动自动化》 2012年第1期14-18,共5页
根据线性滤波和谱分解定理及成型滤波器原理构成一非线性随机系统模型,结合在工作点处用线性的动态切平面逼近一般非线性系统的方法,基于准则函数和广义最优预测算法,采用NARMAX模型的非线性递推参数估计算法辨识未知参数,提出一种自适... 根据线性滤波和谱分解定理及成型滤波器原理构成一非线性随机系统模型,结合在工作点处用线性的动态切平面逼近一般非线性系统的方法,基于准则函数和广义最优预测算法,采用NARMAX模型的非线性递推参数估计算法辨识未知参数,提出一种自适应预测控制算法,仿真研究验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 自适应控制 非线性随机系统:预测控制 广义最优预测 动态切平面
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具有未知协方差噪声的随机非线性系统的固定时间控制
12
作者 闵惠芳 魏志成 《南京理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期537-546,共10页
该文针对具有协方差噪声的随机非线性系统研究其固定时间控制问题,旨在使其更快地收敛至平衡状态。首先,该文给出了一个关于期望收敛时间上界估计的重要推论,该推论能够得到期望收敛时间的最小上界。然后,通过定义自适应参数补偿未知协... 该文针对具有协方差噪声的随机非线性系统研究其固定时间控制问题,旨在使其更快地收敛至平衡状态。首先,该文给出了一个关于期望收敛时间上界估计的重要推论,该推论能够得到期望收敛时间的最小上界。然后,通过定义自适应参数补偿未知协方差噪声,将加幂积分技术、自适应控制和反步设计方法相结合,构造了一个状态反馈控制器。根据相关固定时间稳定性定理和推论,验证了所设计的控制器可以使闭环系统依概率固定时间稳定。最后,利用一个实际系统仿真来说明所设计控制策略的有效性。 展开更多
关键词 固定时间控制 随机非线性系统 未知协方差噪声 反步法 自适应状态反馈控制
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随机非线性切换系统的周期事件驱动控制
13
作者 徐亚男 董潇潇 《沈阳工程学院学报(自然科学版)》 2024年第4期74-80,共7页
针对随机非线性切换系统,为避免芝诺现象和减少通信资源的浪费,研究了基于采样数据的周期事件驱动控制问题。首先,利用融合切换信号技术,将闭环切换系统转换成具有状态延迟和融合切换信号的随机非线性切换系统;其次,在周期事件驱动方案... 针对随机非线性切换系统,为避免芝诺现象和减少通信资源的浪费,研究了基于采样数据的周期事件驱动控制问题。首先,利用融合切换信号技术,将闭环切换系统转换成具有状态延迟和融合切换信号的随机非线性切换系统;其次,在周期事件驱动方案下,通过构造合适的李雅普诺夫函数,在满足平均驻留时间的切换信号下,得到了闭环切换系统的均方指数稳定性的充分条件;再次,给出了状态反馈控制器和事件驱动参数的设计方法;最后,通过一个数值例子验证了所提出方法的有效性,该实验结果表明了在所设计的控制方法下,闭环切换系统的状态是均方指数稳定的,同时还能减少通信资源的消耗。 展开更多
关键词 随机切换非线性系统 周期事件驱动控制 平均驻留时间 均方指数稳定性
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非线性时滞系统双阶段神经网络的改进广义预测控制
14
作者 周媛奉 陈宽文 +5 位作者 胡婷婷 刘朋远 丁海丽 梁飞 王一凡 张腾飞 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第3期567-576,共10页
针对一类工业控制系统中存在的非线性、大时滞等情况,提出一种基于双阶段神经网络的改进隐式广义预测控制方法。首先,设计了一种基于快速回归算法和蝙蝠算法的双阶段神经网络模型,用于对非线性时滞系统进行建模,避免非线性系统下的模型... 针对一类工业控制系统中存在的非线性、大时滞等情况,提出一种基于双阶段神经网络的改进隐式广义预测控制方法。首先,设计了一种基于快速回归算法和蝙蝠算法的双阶段神经网络模型,用于对非线性时滞系统进行建模,避免非线性系统下的模型失配问题;其次,采用比例积分(proportional integration, PI)结构优化广义预测控制目标函数设计,提高隐式广义预测控制性能;同时,改进控制增量选取策略,利用所预测的未来控制增量修正当前时刻控制增量;最后,将所设计的预测模型和预测控制方法应用于一个数值案例和锅炉燃烧系统,验证了所提控制策略的有效性。 展开更多
关键词 非线性系统 时滞 双阶段神经网络 PI控制 广义预测控制
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基于参数自适应随机模型预测控制的风光氢耦合系统功率调控策略
15
作者 黄宇 周新鹏 +2 位作者 郭浩德 王东风 谢家乐 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1109-1117,共9页
针对风光氢耦合系统源荷两侧不确定性对其系统功率平衡造成的影响,提出了一种基于场景分析法的参数自适应随机模型预测控制功率调控策略。根据风光氢耦合系统的能源供给架构建立了描述其动态特性的线性离散状态空间模型;通过场景分析法... 针对风光氢耦合系统源荷两侧不确定性对其系统功率平衡造成的影响,提出了一种基于场景分析法的参数自适应随机模型预测控制功率调控策略。根据风光氢耦合系统的能源供给架构建立了描述其动态特性的线性离散状态空间模型;通过场景分析法对系统不确定性进行描述,作为参数自适应随机模型预测控制的输入;在设计的参数自适应随机模型预测控制优化框架下,计及延长系统设备生命周期的目标进行优化。针对随机模型预测控制在优化过程中预测时域和控制时域固定不变的缺陷,提出参数自适应方法以获取更好的优化效果。结果表明:在优化系统功率平衡方面,所提控制策略相较于随机模型预测控制提高了6.25百分点;在减少可控设备大功率运行方面,所提策略相较于常规模型预测控制降低了60%,验证了所提策略能够有效解决风光氢耦合系统源荷两侧的不确定性。 展开更多
关键词 风光氢耦合系统 随机模型预测控制 场景分析 不确定性 参数自适应
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一类非线性系统的自适应预测控制 被引量:31
16
作者 郭健 陈庆伟 +1 位作者 朱瑞军 胡维礼 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期68-72,共5页
针对一类非线性系统 ,将其等价为时变线性系统 ,然后用三次样条函数逼近时变系数 ,利用梯度算法在线辨识多项式的系数以实现时变系统的参数估计 ,最后运用广义预测控制策略 ,实现了对原非线性系统的自适应预测控制 .
关键词 非线性系统 线性 投影算法 广义预测控制 自适应预测控制
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非线性系统模型预测控制若干基本特点与主题回顾 被引量:62
17
作者 何德峰 丁宝苍 于树友 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期273-287,共15页
随着线性系统模型预测控制的大量成功应用,基于非线性模型的预测控制简称非线性预测控制(NMPC)在近20年来引起了广泛关注,并取得了丰富的研究成果.本文在阐述NMPC基本原理和特点的基础上,分别从优化可行性、稳定性、鲁棒性、优化求解、... 随着线性系统模型预测控制的大量成功应用,基于非线性模型的预测控制简称非线性预测控制(NMPC)在近20年来引起了广泛关注,并取得了丰富的研究成果.本文在阐述NMPC基本原理和特点的基础上,分别从优化可行性、稳定性、鲁棒性、优化求解、吸引域等主题出发,分析并总结NMPC的研究现状.最后,在指出NMPC有待进一步深入研究问题的同时,展望当前NMPC的一些研究方向. 展开更多
关键词 非线性系统 模型预测控制 可行性 稳定性 鲁棒性 优化求解 吸引域
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非线性系统神经网络预测控制研究进展 被引量:52
18
作者 戴文战 娄海川 杨爱萍 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期521-530,共10页
神经网络由于其在非线性系统建模与优化求解方面的优势,被广泛应用于预测控制中,形成了各种各样的神经网络预测控制算法.本文系统地评述了非线性系统神经网络预测控制系统中的模型选取、控制器优化、控制系统结构设计以及收敛性理论等... 神经网络由于其在非线性系统建模与优化求解方面的优势,被广泛应用于预测控制中,形成了各种各样的神经网络预测控制算法.本文系统地评述了非线性系统神经网络预测控制系统中的模型选取、控制器优化、控制系统结构设计以及收敛性理论等研究现状,分析了非线性系统神经网络预测控制算法存在的问题和今后的研究方向. 展开更多
关键词 非线性系统 神经网络 预测控制 稳定性 收敛性
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基于粒子群优化的非线性系统最小二乘支持向量机预测控制方法 被引量:46
19
作者 穆朝絮 张瑞民 孙长银 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期164-168,共5页
对于非线性系统预测控制问题,本文提出了一种基于模型学习和粒子群优化(PSO)的单步预测控制算法.该方法使用最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立非线性系统模型并预测系统的输出值,通过输出反馈和偏差校正减少预测误差,由PSO滚动优化获得非... 对于非线性系统预测控制问题,本文提出了一种基于模型学习和粒子群优化(PSO)的单步预测控制算法.该方法使用最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立非线性系统模型并预测系统的输出值,通过输出反馈和偏差校正减少预测误差,由PSO滚动优化获得非线性系统的控制量.该方法能在非线性系统数学模型未知的情况下设计出有效的预测控制器.通过对单变量多变量非线性系统进行仿真,证明了该预测控制方法是有效的,且具有良好的自适应能力和鲁棒性. 展开更多
关键词 非线性系统 预测控制 最小二乘支持向量机 粒子群
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非线性系统预测控制的多模型方法 被引量:62
20
作者 席裕庚 王凡 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 1996年第4期456-461,503,共7页
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.
关键词 预测控制 非线性系统 多模型
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