书全面介绍了预测控制的基本原理和算法、系统分析与设计、策略发展和实 际应用。全书共分10 章。第1 章概述了预测控制的发展轨迹和基本原理。第2 章介绍了基于不同模型的几种典型预测控制算法。第3、第4 章分析了经典预测控 制算法闭环系统的性能,构成了预测控制定量分析理论的主要内容。第5 章以此 为基础给出了预测控制参数设计和整定的方法。第6 章介绍了针对约束多变量 系统的实用预测控制算法和在线优化的分解算法。第7 章给出了非线性系统预 测控制的一般描述及若干典型算法。第8 章介绍了预测控制在控制结构、优化 命题、优化策略等方面的多样化发展。第9 章阐述了预测控制定性综合理论的 基本理念和稳定/ 鲁棒预测控制器综合的代表性方法。第10 章介绍了预测控制 的应用概况和典型案例,指出了预测控制原理的推广潜力,并展望了预测控制发 展的方向。 本书保持了1993 年初版的整体结构,但对内容作了较全面的补充和调整,重 点是加强预测控制实际应用环境、算法与实例的介绍,增加预测控制理论研究的 主要分支与基本思路的介绍,从代表性、新颖性、实用性角度出发调整预测控制 算法和策略的介绍,从而使其更准确地反映预测控制最基本的内容和最新的研 究水平。 全书分别从总体概念、基础算法及理论分析、实用算法及应用技术诸侧面描绘 了预测控制的全貌,各部分相互渗透,有机结合,有助于读者正确认识预测控制的 核心理念和方法,在较高的视野上拓宽研究和应用预测控制的思路。书中内容取 材遵循了普及与提高相结合的原则,适合于不同读者的需要,既有助于从事各领域 优化控制的广大工程技术人员熟悉和应用这一有效的先进控制技术,也为高校师 生和科研工作者研究预测控制的理论、方法和策略提供了参考。

第1 章预测控制的发展历史及基本原理 1

1. 1预测控制的产生与发展 1

1. 2预测控制的基本方法原理 4

1. 3预测控制的主要研究内容 8

第2 章几种典型的预测控制算法 10

2. 1基于阶跃响应的动态矩阵控制 10

2. 2基于随机离散模型的广义预测控制 17

2. 3基于状态方程的预测控制 23

2. 4小结 28

第3 章动态矩阵控制算法的内模控制结构分析 29

3. 1内模控制结构及其性质 29

3. 2动态矩阵控制算法的内模控制结构 32

3. 3关于控制器的讨论 36

3. 3. 1控制器的稳定性 36

3. 3. 2一步预测优化策略下的控制器 41

3. 3. 3具有纯滞后对象的控制器 42

3. 4关于滤波器的讨论 43

3. 4. 13 种反馈校正策略及相应的滤波器 43

3. 4. 2滤波器对系统鲁棒稳定性的影响 47

3. 5小结 49

第4 章预测控制系统性能的定量分析 51

4. 1基于Kleinman 控制器的广义预测控制稳定性分析 52

4. 2预测控制系统开、闭环特征多项式系数变换 56

4. 2. 1广义预测控制在内模控制结构下的控制器 57

4. 2. 2动态矩阵控制和广义预测控制控制律的一致性 61

4. 3基于系数变换的预测控制系统性能分析 65

4. 4小结 72

第5 章预测控制系统的参数整定与设计 73

5. 1动态矩阵控制基于趋势性分析的参数整定 74

5. 2一阶加纯滞后对象预测控制的解析设计 83

5. 2. 1闭环特征多项式和稳定性 85

5. 2. 2闭环系统的动态特性 86

5. 2. 3解析设计的步骤 88

5. 3典型振荡过程预测控制的解析设计 90

5. 3. 1控制不加权时的闭环性能分析 92

5. 3. 2控制加权时的闭环性能分析 96

5. 4小结 98

第6 章多变量系统的预测控制 100

6. 1多变量系统的动态矩阵控制 100

6. 2有约束多变量预测控制的在线优化 107

6. 2. 1基于矩阵求逆分解的约束优化算法 109

6. 2. 2基于二次规划的约束优化算法 112

6. 3多变量预测控制在线优化的分解算法 116

欲

6. 3. 1基于分解—协调的递阶预测控制 117

6. 3. 2分布式预测控制 121

6. 3. 3分散预测控制 124

6. 3. 4几种优化分解算法的比较 126

6. 4小结 129

第7 章非线性系统的预测控制 130

7. 1非线性系统预测控制问题的一般描述 130

7. 2分层预估迭代的非线性预测控制 134

7. 3基于输入输出线性化的非线性预测控制 136

7. 4基于模糊聚类的多模型预测控制 142

7. 5神经网络预测控制 149

7. 6基于广义卷积模型的非线性预测控制 152

7. 7哈默斯坦系统的非线性预测控制 154

7. 8小结 156

第8 章预测控制算法和策略的多样化发展 158

8. 1具有前馈—反馈结构的预测控制 158

8. 2串级预测控制 161

8. 3无穷范数优化的预测控制 165

8. 4有约束多目标多自由度优化的满意控制 168

8. 5预测控制的输入参数化方法 174

8. 5. 1优化变量的分块策略 174

8. 5. 2预测函数控制 176

8. 6预测控制在线优化变量的集结 178

8. 6. 1预测控制在线优化变量集结的一般框架 178

8. 6. 2具有性能保证的在线优化变量集结 180

8. 7小结 190

第9 章预测控制的定性综合理论 191

9. 1预测控制定性综合理论的基本思路 192

9. 1. 1预测控制与最优控制的关系 192

9. 1. 2在线开环优化的无穷时域近似 193

9. 1. 3滚动优化中相邻时刻性能指标的联系 195

9. 1. 4不变集和线性矩阵不等式 197

9. 2稳定预测控制器的综合 200

9. 2. 1终端零约束预测控制 200

9. 2. 2带有终端代价函数的预测控制 201

9. 2. 3带有终端集约束的预测控制 206

9. 2. 4预测控制稳定性一般条件与次优性分析 210

9. 3鲁棒预测控制器的综合 214

9. 3. 1多胞描述不确定性系统的鲁棒预测控制 214

9. 3. 2鲁棒预测控制器综合的难点与解决方案 219

9. 4小结 235

第10 章预测控制的应用及发展前景 236

10. 1预测控制在工业过程中的应用 236

10. 1. 1预测控制的工业应用及软件发展概况 236

10. 1. 2预测控制在工业过程优化中的定位及实施 240

10. 1. 3炼油厂加氢裂化单元的动态矩阵控制 248

10. 2预测控制在其它领域的应用 253

10. 2. 1天然气传输网络的在线优化 254

10. 2. 2预测控制在汽车自适应航迹控制中的应用 259

育

10. 2. 3预测控制原理在应用中的普适性和灵活性 264

10. 3预测控制面临的挑战问题及发展前景 271

10. 3. 1预测控制面临的挑战问题 271

10. 3. 2预测控制的发展前景 274

10. 4小结 278

参考文献 279

附录 284

编后语 285