提名者

重庆市教育委员会

提名种类及等级

自然科学一等奖

主要完成人

丁宝苍、胡建晨、潘红光

主要完成单位

重庆邮电大学、西安交通大学、西安科技大学

项目简介

多年来，项目面向流程工业、运动体、多智能体等实际系统，研究预测控制（MPC）的设计新理论并拓展到分布式实现。20篇主要论文选自：(I) 针对多胞描述（LPV）+有界噪声模型表示的非线性不确定系统的输出反馈MPC；(II) 针对非完整动力学系统、非线性系统以及多胞描述（LPV）模型表示的非线性不确定系统的分布式MPC。这是因为项目在(I)和(II)已经具有特色和创新性，且与实际工程紧密结合：（1）工程应用的MPC主体上是输出反馈的；（2）建模误差是几乎必然存在的，并且实质性地影响着闭环系统；（3）LPV和有界噪声是得到广泛认可的重要建模方法；（4）将流程工业中的MPC推广到机器人领域时，不可避免地会遇到非完整动力学和强非线性。第一完成人是20篇论文的第一作者或者通讯作者。

针对(I)，项目首次提出了完整的输出反馈鲁棒MPC的综合设计方法，保证了滚动优化递推可行性和闭环系统稳定性；首次将二次有界性概念引入MPC研究，首次引入四参数动态输出反馈律，并引入范数定解技术处理信号幅值约束。一般来说，（文献已论证）不存在单个凸优化算法同时求解4个控制律参数和Lyapunov矩阵。项目提出了迭代锥补算法，即以锥补算法作为内循环，采用外循环对指标函数进行寻优。适当地选取2个参数进行在线优化（其它2个离线计算），或者当LPV的当前模型参数精确可知时采用参数依赖的动态输出反馈控制律，也存在单个凸优化算法。该类模型和控制器的研究中，估计误差由其外包集代替，其估计对闭环系统具有显著的影响，因此项目采用椭圆型和凸多面体型两种集合的交集来降低估计误差集合的保守性，并发明了保证递推可行性的估计误差集合更新公式。

针对(II)，项目在每个子控制器中加入通过分解稳定性条件而得到的相容性约束，得到MPC综合方法。考虑耦合的性能指标，将性能指标分成若干份，每一份由不同的子控制器优化。在每一份性能指标中，涉及其它子系统的状态和输入时采用“假设值”，而通过性能指标关联的子系统为“邻居”。考虑耦合约束，在每个子控制器的约束中涉及其它子系统的状态和输入时也采用“假设值”，而通过耦合约束关联的子系统为“邻居”。项目给出了耦合性能指标分解的新策略，能够减少每个子系统的“邻居”数，并且给出了基于假设值的次优性分析结果，给出了分布式MPC性能与优化、通信模式的关系，为在工程应用中选择分布式MPC策略提供了理论依据。

代表性论文专著目录

序号

论文、专著名称/刊名/作者

影响因子

年卷页码

发表时间

是否国内完成

通讯作者

第一作者

1

Quadratic boundedness via dynamic output feedback for constrained nonlinear systems in Takagi-Sugeno’s form/Automatica/丁宝苍

5.944

2009年45卷-2093-2098页

2009-09-01

是

丁宝苍

丁宝苍

2

Output feedback robust MPC for LPV system with polytopic model parametric uncertainty and bounded disturbance/International Journal of Control/丁宝苍，潘红光

2.888

2016年89卷-1554-1571

2016-08-01

是

丁宝苍

丁宝苍

3

A synthesis approach for output feedback robust model predictive control based-on input-output model/Journal of Process Control/丁宝苍，邹涛

3.666

2014年24卷-60-72页

2014-03-01

是

丁宝苍

丁宝苍

4

Distributed RHC for tracking and formation of nonholonomic multi-vehicle systems/IEEE Transactions on Automatic Control/王鹏，丁宝苍

5.792

2014年59卷-1439-1453页

2014-06-01

是

丁宝苍

王鹏

5

Dynamic output feedback predictive control with one free control move for the Takagi-Sugeno model with bounded disturbance/IEEE Transactions on Fuzzy Systems/胡建晨，丁宝苍

12.03

2019年27卷-462-473

2019-06-01

是

丁宝苍

胡建晨