非线性模型预测控制结合滑模约束的策略

"该文提出了一种结合预测控制和滑模控制的非线性模型预测控制方法，旨在解决非线性系统的控制问题。通过实施双模控制策略，当系统状态处于终端区外时，采用非线性模型预测控制，而在终端区内则采用预先设计好的滑模控制。通过对系统终端滑模添加不等式约束，确保系统在预测时间域结束时进入滑动模态区，从而缩短预测时域。这种方法的仿真结果验证了其有效性。关键词包括非线性模型预测控制、双模控制和终端区。" 本文详细介绍了在非线性控制系统设计中的一种创新方法，即带终端滑模约束的非线性模型预测控制。这种控制策略融合了预测控制和滑模控制的优势，针对非线性系统动态特性的复杂性提供了一种有效的解决方案。预测控制是一种基于模型的控制策略，它预测未来系统的行为并根据这些预测来制定当前的控制输入，以达到期望的性能指标。而滑模控制则是一种鲁棒控制方法，能够应对系统参数变化和不确定性。 在本文提出的双模控制方案中，系统状态被分为两个不同的操作区域：终端区外和终端区内。当系统状态位于终端区外时，采用非线性模型预测控制，这种控制方法能处理非线性动态，并通过优化预测过程来改善系统性能。然而，当系统进入终端区，即接近目标状态或边界条件的区域，控制策略切换到离线设计的滑模控制。滑模控制器设计的目标是使系统状态在有限时间内达到并保持在一个预设的滑动表面上，从而实现稳定性和抗干扰性能。 为确保系统状态在预测时域结束时准确地进入滑动模态区，作者提出了对系统终端滑模附加不等式约束的策略。这一附加约束强制系统在预测阶段末尾满足滑模条件，从而避免了长时间的预测控制，有效地缩短了预测时域。这种方法减少了计算负担，同时保持了控制性能。 通过仿真测试，该算法的有效性得到了验证。仿真结果展示了在不同工况下，系统能够快速、准确地收敛到预定的滑动模态区，证明了双模控制策略结合非线性模型预测控制和滑模控制的优势。 该文提出的非线性模型预测控制方法结合了预测控制的前瞻性和滑模控制的稳定性，为非线性系统的控制提供了新的思路。通过优化双模控制策略和终端滑模约束，该方法在保证系统性能的同时，降低了计算复杂度，具有良好的应用前景。