时滞系统预测控制：状态预测观测器与控制器设计

"时滞系统的状态预测观测器及预测控制器设计" 本文主要探讨了时滞控制系统的状态预测观测器和最优预测控制器的设计方法。时滞系统是指系统动态中存在输入或输出信号的时间延迟，这在许多工程应用中是常见的，如过程控制、网络控制等。设计合适的控制器对于克服时滞带来的稳定性问题和性能退化至关重要。 首先，针对控制项包含时滞的系统，文章提出了一种全维状态预测观测器。这种观测器能够估计系统的当前和未来的状态，即使这些状态受到时间延迟的影响。观测器的作用是实时获取系统状态信息，以便进行有效的控制决策。通过状态预测，观测器能够将时滞项从闭环系统的内部结构中分离出来，将其移到闭环结构之外，使得控制策略的优化可以按照没有时滞的系统来设计，简化了控制算法的复杂性。 接下来，文章讨论了如何将这个状态预测观测器应用于最优状态预测反馈控制。预测控制是一种先进的控制策略，它基于对未来系统行为的预测来制定控制决策，以最小化某种性能指标（如二次型性能指标）。在这种情况下，状态预测观测器提供的状态估计用于构造预测控制器，该控制器能够实现次优控制性能。尽管不是全局最优，但次优控制通常能够在满足系统稳定性的同时，提供良好的性能。 关键词强调了时滞系统、预测控制、状态观测器、最优控制和状态反馈这些关键概念。时滞系统的研究是为了克服延迟对系统性能的负面影响；预测控制是解决这类问题的有效工具，因为它允许控制器考虑未来的系统行为；状态观测器是实现这一目标的关键组件，它提供了对系统状态的实时估计；最优控制则旨在找到最佳控制输入，以达到预定的性能标准；而状态反馈则是控制系统性能的一种常用方法，通过调整系统状态的反馈来影响系统的动态响应。 该研究提供了一种创新的方法来处理时滞控制系统的问题，通过设计的状态预测观测器和预测控制器，能够有效地减小时滞对系统性能的影响，提高系统的稳定性和控制效率。这对于实际工程中的控制设计具有重要的理论和实践价值。