Wiener系统是一种典型的非线性系统,它由一个线性动态子系统和一个非线性环节(如滞环或死区)串联组成。滞环是非线性系统的常见特性,类似于在某些工程系统中观察到的反冲现象。在本文中,提出了一种对具有类似反冲滞后作用的Wiener系统(WSBLH)的非光滑预测控制方法。
非光滑预测控制是一种处理非光滑或不连续非线性系统的方法。当控制系统的非光滑点不存在控制变量函数梯度时,常规的模型预测控制难以实现。这是因为模型预测控制依赖于梯度信息来求解最优控制问题。因此,本文提出了一种基于Clarke次梯度的非光滑预测控制策略,旨在解决非光滑点的梯度不存在问题。
预测控制是一种先进的控制策略,它通过考虑未来一段时间内的行为来优化当前时刻的控制输入。预测控制的一个关键特性是它的滚动优化机制,即在每个控制步骤中都会重新优化未来的控制序列。
Clarke次梯度是处理非光滑函数的优化问题的一种数学工具。它允许在非光滑点找到函数的次微分,这个次微分可以用来确定函数的下降方向,进而用于优化算法。
在文章中,作者首先对WSBLH系统进行建模,将滞环行为建模为一个多值映射的非光滑函数。然后定义了控制系统的相应非光滑目标函数。在这个框架下,讨论了如何使用Clarke次梯度方法来设计非光滑预测控制器。
此外,文章还对所提出的非光滑预测控制方法的鲁棒稳定性进行了分析。稳定性分析是控制理论中的一个重要方面,它确保系统在受到扰动或参数变化时仍能保持良好的性能。
文章通过一个数值示例和对机械传动系统进行的仿真研究,验证了所提出的非光滑预测控制方法的有效性。通过这些实验,作者展示了非光滑预测控制策略能够处理滞环非线性,并提高WSBLH系统的控制性能。
文章的研究对于工程实践中遇到的含有反冲滞后的Wiener系统具有重要的理论和实践意义。机械传动系统中的蜗轮蜗杆、阀门系统、步进电机等都是具有类似反冲滞后特性的典型例子。这些系统在控制过程中可能会遇到预测控制难题,因此本文提出的非光滑预测控制方法可以为这些工程问题提供有效的解决方案。
总结来说,本文的研究工作解决了常规模型预测控制在非光滑Wiener系统中的应用难题,提出了一种新的控制策略,并在理论上分析了该策略的稳定性,并通过实际例子验证了方法的有效性。这些贡献对于非线性系统控制理论的发展和工程应用都具有重要意义。