網路化分散式系統預測控制

第1章 網路化分佈式系統的研究現狀
1.1背景
1.2網路化分佈式系統預測控制研究現狀
1.2.1網路化滾動時域估計的研究現狀
1.2.2分佈式預測控制的研究現狀及分類
1.3本書的主要內容
參考文獻

第2章 具有隨機丟包的網路化系統的滾動時域狀態估計
2.1概述
2.2具有反饋通道丟包的網路化系統的滾動時域狀態估計
2.2.1問題描述
2.2.2網路化滾動時域狀態估計器設計
2.2.3估計器的性能分析
2.2.4數值仿真
2.3具有兩通道丟包的網路化系統的滾動時域狀態估計
2.3.1問題描述
2.3.2網路化滾動時域狀態估計器設計
2.3.3估計器的性能分析
2.3.4數值仿真
2.4本章小結
參考文獻

第3章 網路化系統的預測控制器設計
3.1概述
3.2具有有界丟包的網路化控制系統的預測控制
3.2.1網路化控制系統的建模
3.2.2基於終端凸集約束的網路化預測控制器設計
3.2.3網路化預測控制器的可行性與穩定性分析
3.2.4數值仿真
3.3具有控制輸入量化的網路化控制系統的魯棒預測控制
3.3.1網路化控制系統的建模
3.3.2穩定性分析和魯棒預測控制器設計
3.3.3數值仿真
3.4本章小結
參考文獻

第4章 具有通信約束的網路化系統的滾動時域調度
4.1概述
4.2網路化滾動時域調度
4.2.1問題描述
4.2.2滾動時域調度策略
4.3網路化控制系統的滾動時域狀態估計
4.4網路化滾動時域估計器的性能分析
4.5數值仿真與物理實驗
4.5.1數值仿真
4.5.2雙容液位系統實驗
4.6本章小結
參考文獻

第5章 局部性能指標的分佈式預測控制
5.1概述
5.2基於納什最優的分佈式預測控制
5.2.1分佈式預測控制器設計
5.2.2性能分析
5.2.3局部通信故障下一步預測優化策略的性能分析
5.2.4仿真實例
5.3保證穩定性的約束分佈式預測控制
5.3.1問題描述
5.3.2分佈式預測控制設計
5.3.3性能分析
5.3.4仿真實例
5.4本章小結
參考文獻

第6章 協調分佈式系統預測控制
6.1概述
6.2非迭代協調分佈式預測控制
6.2.1狀態、輸入耦合分佈式系統
6.2.2局部預測控制器設計
6.2.3性能分析
6.2.4仿真實例
6.3保證穩定性的約束協調分佈式預測控制
6.3.1分佈式系統描述
6.3.2局部預測控制器設計
6.3.3性能分析
6.3.4仿真實例
6.4本章小結
參考文獻

第7章 通信約束下的分佈式系統預測控制
7.1概述
7.2基於作用域優化的分佈式預測控制
7.2.1狀態、輸入耦合分佈式系統
7.2.2局部預測控制器設計
7.2.3性能分析
7.2.4數值結果
7.3高靈活性的分佈式模型預測控制
7.3.1分佈式系統描述
7.3.2局部預測控制器設計
7.3.3性能分析
7.3.4仿真實例
7.4本章小結
參考文獻

第8章 應用實例：加速冷卻過程的分佈式模型預測控制
8.1概述
8.2加速冷卻過程
8.2.1加速冷卻過程工藝及裝置儀表
8.2.2加速冷卻過程模擬平台
8.2.3工藝控制要求
8.3裝置熱平衡方程
8.4基於優化目標再計算的分佈式預測控制
8.4.1子系統優化目標再計算
8.4.2子系統狀態空間模型
8.4.3擴展Kalman全局觀測器
8.4.4局部預測控制器
8.4.5局部狀態預估器
8.4.6局部控制器迭代求解算法
8.5模擬平台算法驗證
8.6本章小結
參考文獻

 

序

　　隨着通訊、網路技術的快速發展，工程領域内廣泛存在的一類由空間上分散且相互關聯耦合的子系統組成的分散式系統（如大型石化、冶金過程，城市給排水、電力系統等）的控制方式正在由集中式向網路化的分散式控制方式轉變。分散式預測控制兼具分散式控制結構容錯性高、結構靈活性強和預測控制優化性能好、抑制干擾、顯示處理約束的優點，已成爲網路化分散式系統的主流優化控制方法。因此，從促進科學實踐、培養人才方面出發，有必要撰寫一部關於分散式系統預測控制的專著。

　　本書主要内容來源於作者多年來關於網路化分散式系統預測控制狀態估計、協調策略、系統綜合等分散式系統預測控制關鍵環節和重要問題的系統性研究成果的歸納與總結。國際上分散式預測控制基礎理論和應用方面的論文自2002 年開始出現並逐漸豐富，2012 年後呈現爆發式成長。很多文章發表在IEEE TAC、IFAC 會刊等主流控制期刊上。分散式預測控制的優點使其在應用方面擴展到了流程工業、電力系統、冶金行業等多個領域、正處於方興未艾的階段，系統地介紹網路化分散式系統預測控制的書籍將對促進控制理論研究和工業應用都具有重要意義。

　　分散式系統預測控制是在2001 年由本書第一作者李少遠和席裕庚教授與卡內基梅隆大學Krough 教授同一時間在ACC 會議上明確提出的。自此本書作者一直從事分散式預測控制的研究工作， 曾出版英文專著《Distributed Model Predictive Control for Plant-Wide Systems》（John Wiley & Son 出版社），該書主要針對工業過程的全流程優化展開，而本書主要針對網路化分散式系統如何設計預測控制的估計器、控制器、協調策略等方面展開。本書將是第一本系統介紹分散式系統預測控制方面的書籍。

　　本書第1 章介紹了網路化分散式系統的研究現狀；第2～ 4 章針對網路化分散式系統隨機丢包、延時等問題，介紹了網路化滾動時域狀態估計，網路化預測控制的設計與分析以及以保證狀態估計性能的滾動時域排程策略；第5～7 章主要以如何提高系統全局性能的協調策略爲主線，介紹了作者提出的典型的基於Nash 優化、局部性能指標、全局性能指標、作用域優化的分散式預測控制設計方法和系統綜合；第8章介紹了網路化分散式系統預測控制在冶金過程中的典型應用實例。

　　本書主要面向對預測控制、網路控制、資訊物理系統等方向感興趣的學者和從事該方面工作的研究人員、大學以上學生，以及從事流程工業、電力、冶金等行業的控制工程師，可以使讀者系統瞭解分散式系統預測控制的基本原理、算法、理論和應用技術，爲科研和工程技術人員從事深入的理論研究、開展高水準的工業應用和推廣提供有益的參考。