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显式模型预测控制及其在水下高速航行体中的应用研究
| 论文题名： | 显式模型预测控制及其在水下高速航行体中的应用研究 |
| 关键词： | 显式模型;预测控制;水下航行体;机电系统;高速运动 |
| 摘要： | 模型预测控制具有处理多约束多变量控制问题的特点，它采用“滚动优化”的控制寻优策略，是工业控制应用中一类较为成功的现代控制算法。然而由于“滚动优化”过程中需要在线优化的特性，使得模型预测控制很难适用于计算量大、采样速率较高的系统中，如机电系统、水下高速航行体系统。 显式模型预测控制将系统控制的设计与应用过程分解为“线下”与“线上”两个阶段。“线下”过程采用多参数规划求解的方式，将系统的整个状态域实施区域凸划分，并计算所有有效状态分区上相应的最优控制律；控制系统“线上”运行工作时，将系统即时状态信息参照“线下”求解得到的状态分区图表进行定位查找，只需调用信息参数所在分区的对应控制律，进行简单、少量的运算工作即可得到最优控制量。 显式的预测控制方法有效弥补了模型预测控制在工程应用过程中存在的不足。本文系统地研究了显式模型预测控制的算法原理与控制特性，并将该算法应用在航行体水下高速运动的纵向控制中，主要的工作概括为： 1、对显式模型预测控制的“线下”计算过程进行理论推导，以算例的形式对控制算法进行分析，并运用倒立摆实验平台对该算法进行实物验证。仿真分析、物理实验证明显式模型预测控制在快速机电系统中的控制应用是可行的，且具有一定的鲁棒性。 2、对航行体水下高速巡航的形成机制与约束条件进行了分析，在力学分析的基础上，建立了航行体水下高速运动的小攻角纵向运动数学模型，设计了基于显式模型预测控制的航行体水下高速运动定深控制器，并通过数学仿真验证了控制器有效性。 |
| 作者： | 周昆 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 孙明玮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南开大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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