[发明专利]一种基于动态输出反馈策略的模型预测控制方法

权利要求书

1.一种基于动态输出反馈策略的模型预测控制方法，其特征在于，应用于多面体不确定系统，在多面体不确定系统中的物理设备运行时，数据通过传感器传输；模型预测控制过程如下：

建立包含控制器和观测器在内的动态输出反馈模型预测控制策略，根据模型预测控制的问题，通过状态方程分别对多面体不确定系统、控制器和观测器进行描述；

利用动态输出反馈策略的观测器对传感器传来的数据进行约束，对数据中测量野值进行处理；

利用控制器对处理后输出的数据进行模型预测控制，得到下一时刻的控制输入，并通过执行器作用于物理设备。

2.根据权利要求1所述的基于动态输出反馈策略的模型预测控制方法，其特征在于，通过状态方程对多面体不确定系统进行描述如下：

其中，x(k)、u(k)、y(k)分别代表状态、控制输入、测量的输出，k代表当前采样时刻；A(k),B(k),C(k)是具有适当维数的未知矩阵，属于如下凸包：

其中，l＝1,2,...,L是凸包Δ的顶点，凸包用于描述多面体不确定系统的不确定性。

3.根据权利要求2所述的基于动态输出反馈策略的模型预测控制方法，其特征在于，通过状态方程对观测器进行描述如下：

其中，是状态估计值，是输出估计值，H(k)是将要设计的参数矩阵，A⁽⁰⁾，B⁽⁰⁾，C⁽⁰⁾是多面体不确定系统矩阵，Sat_σ(k)(r(k))为饱和函数，定义如下：

其中，r^(l)(k)表示向量r(k)的第l个输入；在每个步骤中，饱和水平σ(k)是时变的，由以下差分方程自适应确定：

σ(k+1)＝ασ(k)+(r(k))^Tl(k)(r(k))

其中，α∈[0，1)，l(k)是预先确定的正定矩阵。

4.根据权利要求3所述的基于动态输出反馈策略的模型预测控制方法，其特征在于，通过状态方程对控制器进行描述如下：

其中，u(k+n|k)和是在时间k时对控制输入和状态估计的第n步预测，F(k+n|k)是通过优化设计出的反馈增益；根据实际工程的要求，对控制输入、状态的约束如下所示：

其中，和是已知标量。

5.根据权利要求4所述的基于动态输出反馈策略的模型预测控制方法，其特征在于，多面体不确定系统进一步描述如下：

定义估计误差预测范围内的闭环的多面体不确定系统用以下形式表示：

ζ(k)＝[1 e^T(k)]^T

得到以下扩充的多面体不确定系统：

其中，

6.根据权利要求5所述的基于动态输出反馈策略的模型预测控制方法，其特征在于，通过最小-最大代价函数来进一步描述控制器：

min_F(k)，H(k)max_{(A(k)，B(k)，C(k))∈Δ}J_∞(k)，

其中，F(k)，H(k)是将要设计的参数矩阵，A(k)，B(k)，C(k)是系统的参数矩阵，目标函数J_∞(k)定义为：

其中，ζ(k)＝[1 e^T(k)]^T，为估计误差，Q₁，Q₂，Q₃，Q₄，Q₅，R表示对称和正定加权矩阵，Q＝diag{Q₁，Q₂，Q₃，Q₄，Q₅}。