预测控制主要是在控制作用的实施方式上与其他控制方法有很大不同。通常，预测控制在每个采样时刻求解一个优化问题，得到这个采样时刻和未来一段时间的控制作用，但是只有这个采样时刻的控制作用是实际实施的；在下个采样时刻，重复相同的优化问题。人们曾经把预测控制和过马路、下棋等类比，因为这些行为和预测控制具有共同的特点：边走边优化。这种“边走边优化”的方式是许多工程问题中不能避免的，即在很多情况下只能“边走边优化”。所以，从某种程度讲，对很多工程问题，预测控制特有的实施方式不是人为的、而是必然的。本书全面介绍工业预测控制、自适应预测控制、预测控制综合方法和两步法预测控制，侧重于预测控制综合方法和阐述启发算法和综合方法的关系。

本书全面介绍工业预测控制、自适应预测控制、预测控制综合方法和两步法预测控制，侧重于预测控制综合方法和阐述启发算法和综合方法的关系。第一章介绍系统、模型和预测控制的概念，包括从经典预测控制到综合型预测控制过渡的描述；第二、三、四章分别介绍模型预测启发控制、动态矩阵控制、广义预测控制；第五章介绍针对输入非线性模型的两步法预测控制；第六章介绍预测控制综合方法的一般思路；第七、八、九章介绍状态可测情况下预测控制的综合方法，主要考虑多包描述不确定系统，可以说是首次全面介绍鲁棒预测控制；第十章介绍输出反馈预测控制的综合方法。全书辨证地看待预测控制的各种方法，为科研人员提供研究思路，为工程技术人员提供理解和应用预测控制的关键问题和解决方法。

本书可作为自动化专业研究生教材，预测控制理论研究者和工程技术人员参考用书。

序

前言

第一章　系统、模型与预测控制

　第一节　系统

　第二节　数学模型

　第三节　状态空间模型与输入输出模型

　　一、状态空间模型

　　二、传递函数模型

　　三、脉冲响应与卷积模型

　第四节　连续时间系统的离散化

　　一、状态空间模型

　　二、脉冲传递函数模型

　　三、脉冲响应与卷积模型

　第五节　预测控制及其基本特征

　　一、流派和发展历史

　　二、预测控制的基本特征

　　三、工业预测控制的“三大原理”

　第六节　三种典型的预测控制优化问题

　　一、无穷时域

　　二、有限时域：经典预测控制

　　三、有限时域：综合型预测控制

　第七节　有限时域控制：采用“三大原理”的例子

　第八节　无穷时域控制：双模次优控制的例子

　　一、三个相关控制问题

　　二、次优解

　　三、可行性与稳定性分析

　　四、数值例子

　第九节　从经典预测控制到综合型预测控制

第二章　模型算法控制

　第一节　算法原理

　　一、脉冲响应模型

　　二、模型预测与反馈校正

　　三、优化控制：单入单出情形

　　四、优化控制：多入多出情形

　第二节　约束的处理

　第三节　预测控制的一般实施方式

第三章　动态矩阵控制

　第一节　阶跃响应模型及其辨识

　第二节　算法原理

　　一、单入单出情形

　　二、单入单出情形：另一种推导方式

　　三、多入多出情形

　　四、MATLAB工具箱的说明

　第三节　约束的处理

第四章　广义预测控制

　第一节　算法原理

　　一、预测模型

　　二、丢番图方程的解法

　　三、滚动优化

　　四、在线辨识与校正

　第二节　一些基本性质

　第三节　与模型系数无关的稳定性结论

　　一、广义预测控制向线性二次型问题的转化

　　二、稳定性证明的工具：Kleinman控制器

　　三、与Kleinman控制器形似的广义预测控制律

　　四、基于Kleinman控制器的广义预测控制的稳定性

　第四节　多变量系统和约束系统情形

　　一、多变量广义预测控制

　　二、约束的处理

　第五节　加入终端等式约束的广义预测控制

第五章　两步法预测控制

　第一节　两步法广义预测控制

　　一、无约束情形

　　二、有输入饱和约束情形

　第二节　两步法广义预测控制的稳定性

一、基于Popov定理的结论

二、寻找控制器参数的两个算法

三、实际非线性界的确定方法

 第三节 两步法广义预测控制的吸引域

一、控制器的状态空间描述

二、吸引域相关稳定性

三、吸引域的计算方法

四、数值例子

 第四节 两步法状态反馈预测控制

 第五节 两步法状态反馈预测控制的稳定性

 第六节 基于半全局稳定性的两步法状态反馈预测控制的吸引域设计

一、系统矩阵无单位圆外特征值的情形

二、系统矩阵有单位圆外特征值的情形

三、数值例子

 第七节 两步法输出反馈预测控制

 第八节 两步法输出反馈预测控制的稳定性

 第九节 两步法输出反馈预测控制：中间变量可得到情形

第六章 预测控制综合方法概略

 第一节 一般思路：离散时间系统情形

一、改造的优化问题

二、“三要素”和统一的稳定性证明思路

三、稳定性证明的直接法

四、稳定性证明的单调性法

五、反最优性

 第二节 一般思路：连续时间系统情形

 第三节 实现

一、采用终端零约束

二、采用终端代价函数

三、采用终端约束集

四、采用终端代价函数和终端约束集

 第四节 一般思路：不确定系统情形(鲁棒预测控制)

一、统一的稳定性证明思路

二、开环商min-max优化预测控制

 第五节 鲁棒预测控制：闭环优化方法

 第六节 一个具体实现：连续时间标称系统情形

一、三要素的确定

二、渐近稳定性

第七章 状态反馈预测控制综合

 第一节 多包描述系统和线性矩阵不等式

 第二节 基于min-max性能指标的在线方法：零时域

一、性能指标的处理和无约束预测控制

二、约束的处理。

 第三节 基于min-max性能指标的离线方法：零时域

 第四节 基于min-max性能指标的离线方法：变时域

 第五节 基于标称性能指标的离线方法：零时域

 第六节 基于标称性能指标的离线方法：变时域

第八章 有限切换时域的预测控制综合

 第一节 标称系统的标准方法

 第二节 用预测控制方法求无穷时域约束线性二次型控制的最优解

 第三节 标称系统的在线方法

 第四节 用预测控制方法求无穷时域约束线性时变二次型控制的准最优解

一、整体思路

二、min-max约束线性二次型控制的求解

三、有限时域无终端加权情形(问题8-6的求解)

四、有限时域有终端加权情形(问题8-7的求解)

五、准最优性、算法与稳定性

六、数值例子

七、与其他方法的一个比较

 第五节 多包描述系统的在线方法

 第六节 多包描述系统的参数依赖在线方法

第九章 预测控制综合的开环优化与闭环优化

 第一节 一种简单的部分闭环优化预测控制

一、目的：得到更大的椭圆形吸引域

二、有效算法

 第二节 三模预测控制

 第三节 混合型预测控制

一、算法

二、联合优势

三、数值例子

 第四节 单值开环优化预测控制及其不足

 第五节 参数依赖开环优化预测控制及其特点

 第六节 切换时域为1的预测控制

第十章 输出反馈预测控制综合

 第一节 优化问题：输入输出非线性系统

 第二节 稳定和可行条件：输入输出非线性系统

 第三节 实现算法：输入输出非线性系统

一、一般优化问题

二、线性矩阵不等式优化问题

三、思路总结

 第四节 优化问题：一般多包描述系统

 第五节 最优性、不变性和约束处理：一般多包描述系统

 第六节 实现算法：一般多包描述系统

附录 中英文对照表

参考文献