Nonlinear model predictive control with Timed-Elastic-Bands

使用定时弹性带的非线性模型预测控制

基本信息

项目摘要

As technical processes become progressively more complex, the demands on their control and automation increase as well. Hence control concepts that explicity consider process constraints such as limitations of control and state variables gain importance in research and applications. In this context predictive controllers provide a means to repeatedly solve a receding horizon optimal control problem for nonlinear dynamic processes. Within the past decade the interest in numerical efficient realizations of predictive control has grown considerably in order to enable their widespread utilization even for mechatronic systems with fast dynamics. Until nowadays the majority of approaches in predictive control are restricted to the minimization of quadratic cost functionals, in particular control error and effort. However, these conventional formulations are not suited for time-optimal control tasks. With these objectives in mind, the research project devotes itself to the development of innovative methods for nonlinear predictive control with explicit consideration of temporal information in state representation and cost function. This project focusses on two central objectives: Firstly, extension of model predictive control to time-optimal control tasks and their efficient computation and secondly, approximation of the optimal control problem for general control tasks with dedicated efficient numeric solvers.The research programme involves the conception, development, realization and valuation of a new approach for efficient model predictive control that is based on so called Timed-Elastic-Bands. A comparative investigation among the novel approach and established methods is carried out in simulations and experiments including the analysis of computational effort, control performance as well as robustness of the prediction and closed-loop control under disturbances.
随着技术过程变得越来越复杂,对它们的控制和自动化的要求也增加了。因此,明确考虑过程约束(如控制和状态变量的限制)的控制概念在研究和应用中越来越重要。在这种背景下,预测控制器提供了一种重复地解决非线性动态过程的滚动最优控制问题的手段。在过去的十年里,人们对预测控制的数值高效实现的兴趣大大增加,以便使其能够被广泛应用,甚至对于具有快速动态的机电系统也是如此。到目前为止,预测控制中的大多数方法都局限于二次代价泛函的最小化,特别是控制误差和努力。然而,这些传统的公式不适合于时间最优的控制任务。考虑到这些目标,本研究项目致力于开发非线性预测控制的创新方法,并在状态表示和代价函数中明确考虑时间信息。本项目主要关注两个核心目标:第一,将模型预测控制推广到时间最优控制任务及其有效计算;第二,利用专用的有效数值解逼近一般控制任务的最优控制问题。研究计划包括基于所谓的时间弹性带的有效模型预测控制新方法的概念、发展、实现和评价。在仿真和实验中对新方法和已有方法进行了对比研究,分析了预测控制和闭环控制在干扰下的计算量、控制性能以及鲁棒性。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Sparse shooting at adaptive temporal resolution for time-optimal model predictive control
以自适应时间分辨率进行稀疏拍摄,以实现时间最优模型预测控制
Gain-Scheduling zwischen zeitoptimaler und quadratischer modellprädiktiver Regelung
时间最优和二次模型预测控制之间的增益调度
  • DOI:
    10.17185/duepublico/45322
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    C. Rösmann;A. Makarow;F. Hoffmann;T. Bertram
  • 通讯作者:
    T. Bertram
Time-Optimal nonlinear model predictive control with minimal control interventions
具有最少控制干预的时间最优非线性模型预测控制
Exploiting Sparse Structures in Nonlinear Model Predictive Control with Hypergraphs
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Torsten Bertram其他文献

Professor Dr.-Ing. Torsten Bertram的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Torsten Bertram', 18)}}的其他基金

Control of link-elastic serial kinematic chains with multiple bending planes for safe, dependable and efficient physical human-machine-interaction
控制具有多个弯曲平面的连杆弹性串行运动链,实现安全、可靠、高效的物理人机交互
  • 批准号:
    289939442
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Bildbasierte Positionsregelung und Schwingungsdämpfung elastischer Roboterarme im Kontext effizienter menschzentrierter Automatisierung
在以人为本的高效自动化背景下,基于图像的弹性机械臂位置控制和振动阻尼
  • 批准号:
    166387581
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Model predictive motion planning for robot-assisted observation and recording of humanactivities
用于机器人辅助观察和记录人类活动的模型预测运动规划
  • 批准号:
    497071854
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

基于术中实时影像的SAM(Segment anything model)开发AI指导房间隔穿刺位置决策的增强现实模型
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
运用3D打印和生物反应器构建仿生尿道模型探索Hippo-YAP信号通路调控尿道损伤修复的机制研究
  • 批准号:
    82370684
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于影像代谢重塑可视化的延胡索酸水合酶缺陷型肾癌危险性分层模型的研究
  • 批准号:
    82371912
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Development of a Linear Stochastic Model for Wind Field Reconstruction from Limited Measurement Data
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    40 万元
  • 项目类别:
半参数空间自回归面板模型的有效估计与应用研究
  • 批准号:
    71961011
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    16.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
高频数据波动率统计推断、预测与应用
  • 批准号:
    71971118
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    50.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
人胆囊源CD63+细胞的干性特征与分化特性的研究
  • 批准号:
    31970753
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    52.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于线性及非线性模型的高维金融时间序列建模:理论及应用
  • 批准号:
    71771224
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    49.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
应用Agent-Based-Model研究围术期单剂量地塞米松对手术切口愈合的影响及机制
  • 批准号:
    81771933
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    50.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
凯莱流形上的几何流
  • 批准号:
    11771301
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    48.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Statistical Machine Learning for Model Predictive Control of Nonlinear Processes
用于非线性过程模型预测控制的统计机器学习
  • 批准号:
    2140506
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nonlinear performance analysis and prediction for robust low dose lung CT
鲁棒低剂量肺部 CT 的非线性性能分析和预测
  • 批准号:
    10684375
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Nonlinear performance analysis and prediction for robust low dose lung CT
鲁棒低剂量肺部 CT 的非线性性能分析和预测
  • 批准号:
    10570160
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Supplement: Active and Nonlinear Models for Cochlear Mechanics
补充:耳蜗力学的主动和非线性模型
  • 批准号:
    10405710
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Handling Constraints and Uncertainty in Chemical Process Operation Using Nonlinear Model Predictive Control
使用非线性模型预测控制处理化工过程操作中的约束和不确定性
  • 批准号:
    RGPIN-2016-05391
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Nonlinear performance analysis and prediction for robust low dose lung CT
鲁棒低剂量肺部 CT 的非线性性能分析和预测
  • 批准号:
    10321949
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Deep Learning for Dynamical System Identification for Nonlinear Model Predictive Control applied to Renewable Energy and Energy Efficiency
用于可再生能源和能源效率的非线性模型预测控制动态系统辨识的深度学习
  • 批准号:
    555943-2020
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarships - Master's
Handling Constraints and Uncertainty in Chemical Process Operation Using Nonlinear Model Predictive Control
使用非线性模型预测控制处理化工过程操作中的约束和不确定性
  • 批准号:
    RGPIN-2016-05391
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Handling Constraints and Uncertainty in Chemical Process Operation Using Nonlinear Model Predictive Control
使用非线性模型预测控制处理化工过程操作中的约束和不确定性
  • 批准号:
    RGPIN-2016-05391
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Collaborative Research: Real-Time Iteration Governor for Constrained Nonlinear Model Predictive Control
协作研究:约束非线性模型预测控制的实时迭代调节器
  • 批准号:
    1904394
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了