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第1章 绪论1

1.1 预测控制的研究背景与发展1

1.2 几种典型的非线性预测控制方法3

1.2.1 添加终端零约束的预测控制4

1.2.2 添加终端状态集约束的预测控制5

1.2.3 添加终端代价函数的预测控制6

1.2.4 同时添加终端状态集约束和终端代价函数的预测控制8

1.3 国内外研究现状10

1.3.1 关于如何求取终端状态约束集11

1.3.2 关于如何求取终端代价函数12

1.3.3 关于鲁棒预测控制器设计13

1.3.4 关于跟踪问题中的预测控制14

1.4 结构安排15

第2章 求取预测控制的终端状态约束集17

2.1 引言17

2.2 终端状态集需要满足的三个基本条件18

2.3 用外包集序列逼近最大终端状态集20

2.3.1 外包集序列的构造方法21

2.3.2 外包集序列的收敛性分析22

2.3.3 支持向量机23

2.3.4 最大终端状态集的外包估计25

2.3.5 用外包集序列逼近最大终端状态集的计算步骤27

2.3.6 仿真算例29

2.4 用子集序列逼近最大终端状态集32

2.4.1 子集序列的构造方法32

2.4.2 子集序列的收敛性分析34

2.4.3 用子集序列逼近最大终端状态集的计算步骤36

2.4.4 仿真算例38

2.5 本章小结40

第3章 求取预测控制的终端代价函数41

3.1 引言41

3.2 预测控制与最优控制的关系42

3.3 终端代价函数与终端状态集之间的关系46

3.4 终端代价函数与全局性能指标之间的关系47

3.5 求取一个合适的终端代价函数52

3.6 具有可变自调节终端代价函数的NMPC方案54

3.6.1 问题描述55

3.6.2 对闭环系统性能的证明57

3.6.3 对自调节规则的说明61

3.6.4 几种自调节规则及其性质63

3.7 仿真算例65

3.8 本章小结69

第4章 鲁棒预测控制方法71

4.1 引言71

4.2 以集合包含度为优化指标的鲁棒预测控制72

4.2.1 预测可达集与集合包含度的定义73

4.2.2 鲁棒预测控制器设计73

4.2.3 预测可达集与终端状态集的计算方法75

4.2.4 仿真算例78

4.3 基于优化线性反馈控制律的鲁棒预测控制80

4.3.1 输入状态大致稳定的概念及相关结论81

4.3.2 鲁棒预测控制器设计82

4.3.3 终端代价函数与终端状态集的求取方法87

4.3.4 仿真算例89

4.4 基于优化多项式反馈控制律的鲁棒预测控制90

4.4.1 相关定义91

4.4.2 区间算法简介93

4.4.3 鲁棒预测控制器设计94

4.4.4 仿真算例97

4.5 鲁棒预测控制系统中的状态估计研究99

4.5.1 粒子滤波器简介101

4.5.2 滤波器性能对比仿真106

4.5.3 CDPF在鲁棒预测控制中的应用仿真108

4.6 本章小结109

第5章 跟踪问题中的预测控制111

5.1 引言111

5.2 对单个稳定期望输出点的逼近112

5.2.1 问题描述112

5.2.2 稳定性分析113

5.2.3 终端代价函数的求取116

5.2.4 终端状态约束集的求取117

5.2.5 鲁棒预测控制器设计118

5.2.6 仿真算例119

5.3 对期望输出轨迹的跟踪120

5.3.1 问题描述120

5.3.2 稳定性分析121

5.3.3 预测控制器设计123

5.3.4 鲁棒预测控制器设计126

5.3.5 仿真算例127

5.4 滚动控制律的次优解法132

5.4.1 基于斯特林插值公式的近似处理133

5.4.2 近似滚动控制序列的求取133

5.4.3 预测输出的求取136

5.4.4 次优控制律的求取138

5.4.5 仿真算例140

5.5 基于线性近似和神经网络逼近的非线性系统预测控制143

5.5.1 问题描述144

5.5.2 基于线性近似的非线性模型预测控制145

5.5.3 基于RBF神经网络逼近的模型预测控制154

5.6 本章小结160

第6章 预测控制在航天器末端自主交会中的应用161

6.1 引言161

6.2 基于视线坐标系的相对运动方程162

6.3 应用仿真168

6.4 本章小结174

第7章 模型预测控制在飞行器姿态机动中的应用175

7.1 引言175

7.2 飞行器姿态运动方程的转换与解耦176

7.3 模型预测控制器设计181

7.4 应用仿真分析184

7.5 本章小结187

第8章 结论与展望188

8.1 主要工作总结188

8.2 存在的问题与下一步的研究方向190

参考文献192