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基于状态相依ARX模型的非线性系统建模与鲁棒预测控制方法研究
结题报告
批准号:
61773402
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
彭辉
依托单位:
学科分类:
F0301.控制理论与技术
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
覃业梅、郭璠、周锋、曾小勇、田晓盈、徐文权、孙亚鹏、曾灿、李宏亮
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中文摘要
针对系统工作点连续可变、具有强非线性且其解析模型难以获取的有约束复杂工业过程,从为预测控制建模的理念出发,构建可准确描述该类对象动态特性的、依存于系统状态的一般化状态相依ARX模型框架。此框架下的模型可通过系统采样数据辨识得到,适用于鲁棒预测控制算法的设计。研究开发可保证该类辨识模型具有与实际系统一致的稳定性及动态特性模式、且具有良好的对象局部特征描述能力及长期预测能力的模型参数估计与评价方法。针对该类有约束系统,研究开发基于一般化状态相依ARX模型的、能克服建模误差和不确定性干扰影响的鲁棒稳定、可在线快速实现、控制性能优良的预测控制算法及其实现方法。这种为预测控制建模,把模型特点充分融合到预测控制算法设计中的研究实践,将有助于推动非线性时间序列建模方法和预测控制方法相关研究的相互融合与相互促进,将为该类复杂非线性工业过程的建模与优化控制问题提供一种系统性的、有效的、可实现的综合解决方案。
英文摘要
For constrained systems with continuously varying working-point, strongly nonlinear characteristics and whose first-principles models are hard to be obtained, from point of view of predictive control-oriented modeling, a generalized system state-dependent ARX (SD-ARX) model framework is built in this program. The SD-ARX model will be obtained by identification using input-output sample data, and can represent the system behavior and especially be suitable to be applied to design of robust predictive control algorithm. Methods of the model parameters estimation and its evaluation are developed for guaranteeing that the estimated model has the same stability and dynamic mode with original system, and has excellent local and long-term prediction capabilities. On the basis of the generalized SD-ARX model, we will design predictive control algorithm with constraints, which is robustly stable under the effect of modeling error and uncertain disturbance, and has good control performance and also can be quickly implemented on-line. This program is based on the idea of modeling for predictive control all along, and the built model’s features are sufficiently applied to the design of predictive control. This research will propel mutual fusion and mutual promotion of the related studies between nonlinear time series modeling method and predictive control theory, and it will provide a systematic, effective and realizable integrated solution for problems of nonlinear system modeling and optimal control to the complicated systems being studied in this program.
鲁棒预测控制是实现非线性系统优化控制的有效方法,但其大计算量限制了其实际应用,开发适合的系统建模和充分利用模型信息的鲁棒预测控制方法是解决该问题的有效手段。本项目针对工作点可变且其解析模型难以获取的有约束非线性系统,从为预测控制建模的理念出发,开发可准确描述该类对象动态特性的一般化状态相依ARX模型框架。研究开发可保证该类辨识模型具有与实际系统一致的稳定性及动态特性模式的模型参数估计与评价方法。研究开发基于该类模型、能克服建模误差和不确定性干扰影响的鲁棒稳定、可在线快速实现、性能优良的预测控制算法。主要成果有:开发了基于线性回归模型与深度信念网络的混合建模方法和基于DBN-AR(X)模型的非线性系统预测模型。针对快速非线性对象,设计了基于RBF-ARX模型的稳定的无穷域MPC算法,在直线二级倒立摆上进行了实时控制验证。针对系统平衡点信息未知的光滑非线性系统,提出了一种考虑不确定干扰影响的基于RBF-ARX模型的鲁棒预测控制方法。充分利用RBF-ARX模型系数上下限及其变化率信息,提出了一种能大幅压缩用于包裹系统未来特征的多面体LPV模型集合范围的鲁棒预测控制算法。针对带有界未知干扰的系统,利用RBF-ARX模型参数变化速率信息,提出了一种两阶段调度鲁棒预测控制算法。为克服在线求解约束LMI参数优化问题计算量大的问题,提出了一种基于状态相依ARX模型的鲁棒预测控制离线计算/在线综合方法,可用于一类快速变化的非线性系统。以实际多级水箱和快速倒立摆系统为对象,开展了实时控制应用研究,验证了开发的系统建模和鲁棒预测控制及其快速实现方法的可实现性和有效性。本项目为预测控制建模、把模型特点充分融合到预测控制算法设计中的研究实践,有助于推动非线性时间序列建模和预测控制相关研究的相互融合与相互促进,为该类复杂非线性系统的建模与优化控制问题提供了一种系统性、可实现且有效的综合解决方案。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A Robust Controller Design Method Based on Parameter Variation Rate of RBF-ARX Model
基于RBF-ARX模型参数变化率的鲁棒控制器设计方法
DOI:10.1109/access.2019.2951390
发表时间:2019
期刊:IEEE Access
影响因子:3.9
作者:Zhou Feng;Peng Hui;Zhang Ganglin;Zeng Xiaoyong
通讯作者:Zeng Xiaoyong
RBF-ARX model-based two-stage scheduling RPC for dynamic systems with bounded disturbance
基于RBF-ARX模型的有界扰动动态系统两阶段调度RPC
DOI:10.1007/s00521-018-3347-y
发表时间:2019-08
期刊:Neural Computing & Applications
影响因子:6
作者:Zhou Feng;Peng Hui;Zeng Xiaoyong;Tian Xiaoying
通讯作者:Tian Xiaoying
A hybrid modelling method for time series forecasting based on a linear regression model and deep learning
基于线性回归模型和深度学习的时间序列预测混合建模方法
DOI:10.1007/s10489-019-01426-3
发表时间:2019-02
期刊:Applied Intelligence
影响因子:5.3
作者:Xu Wenquan;Peng Hui;Zeng Xiaoyong;Zhou Feng;Tian Xiaoying;Peng Xiaoyan
通讯作者:Peng Xiaoyan
A synthesis approach of fast robust MPC with RBF-ARX model to nonlinear system with uncertain steady status information
具有不确定稳态信息的非线性系统的RBF-ARX模型快速鲁棒MPC综合方法
DOI:10.1007/s10489-019-01555-9
发表时间:2019-10
期刊:Applied Intelligence
影响因子:5.3
作者:Tian Xiaoying;Peng Hui;Zhou Feng;Peng Xiaoyan
通讯作者:Peng Xiaoyan
DOI:10.1109/access.2019.2901767
发表时间:2019
期刊:IEEE Access
影响因子:3.9
作者:Zhou Feng;Peng Hui;Zhang Ganglin;Zeng Xiaoyong;Peng Xiaoyan
通讯作者:Peng Xiaoyan
机器人集群系统能量有效的任务优化调度研究
  • 批准号:
    2025JJ40063
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    彭辉
  • 依托单位:
轮式移动机器人无扰切换再生制动控制
  • 批准号:
    2022JJ40635
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    彭辉
  • 依托单位:
市场价格、过剩需求与流动性动态关系建模及在投资策略优化中的应用
  • 批准号:
    71271215
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    彭辉
  • 依托单位:
时变方差金融时序列建模与投资组合优化方法研究
  • 批准号:
    60574058
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    彭辉
  • 依托单位:
非线性系统统计建模与鲁棒预测控制研究
  • 批准号:
    60443008
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    彭辉
  • 依托单位:
国内基金
海外基金