多模型建模與控制的理論和方法

　　控制工程領(lǐng)域廣泛存在著這樣一類復雜非線性系統(tǒng)，由于非線性因素的作用，系統(tǒng)運行模態(tài)過于復雜，或者工作環(huán)境非常惡劣，造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)隨著工況的改變而呈現(xiàn)出很強的不確定性。此時，采用傳統(tǒng)的全局建模方法建立單一的高精度數(shù)學模型就顯得比較困難。因為多數(shù)建模方法的使用效果與使用者的經(jīng)驗有很大關(guān)系，要想確定合適的模型結(jié)構(gòu)，獲得高精度的參數(shù)估計，通常需要花費大量的時間和精力來選擇建模算法，調(diào)整建模參數(shù)。有時候，即使得到了系統(tǒng)的模型，也往往由于模型本身過于復雜而難以進行穩(wěn)定性分析和控制器設(shè)計。為了解決該問題，控制界的專家和學者們進行了大量的理論和技術(shù)探索，最終發(fā)現(xiàn)基于“分而治之”思想的多模型方法是解決問題的一種有效途徑。多模型方法自20世紀70年代出現(xiàn)以來，已經(jīng)走過了40余年的發(fā)展歷程，無論是在理論、技術(shù)還是在應用方面都取得了廣泛的成功。該方法以“分解一合成”原理作為解決問題的自然之道，將復雜系統(tǒng)的建模與控制問題按照某種確定性準則進行分解，然后分別建立局部模型和控制器，由于局部模型常常是線性的，因此可利用成熟的線性系統(tǒng)理論進行控制器的設(shè)計。在問題分解并獲得解答后，即可按照相應的合成準則或調(diào)度機制協(xié)調(diào)各局部模型或控制器，在保證穩(wěn)定性的同時，實現(xiàn)對原復雜非線性系統(tǒng)的控制。這種建模與控制方法能夠?qū)碗s的非線性問題轉(zhuǎn)化為可用成熟且相對簡單的理論來解決的問題，這對簡化控制器設(shè)計、提高系統(tǒng)在復雜環(huán)境下的控制性能具有重大意義。當前，多模型方法主要有多模型建模方法、多模型控制方法和交互式多模型濾波方法等，但無論哪類方法，需要解決的關(guān)鍵問題無外乎兩點：一是在特定的分解準則下選擇恰當?shù)哪Ｐ图欢沁x擇恰當?shù)暮铣蓽蕜t確保模型調(diào)度的穩(wěn)定性。《多模型建模與控制的理論和方法》內(nèi)容是雷虎民教授及其研究團隊長期研究成果的結(jié)晶。作者近十年來一直從事非線性系統(tǒng)多模型建模與控制理論和方法的研究工作，在國家自然科學基金“基于局部多模型的高超聲速飛行器在線軌跡生成研究（61503408）”、航空科學基金“基于數(shù)據(jù)的飛控系統(tǒng)多模型建模與控制方法研究（20100196002）”以及“空空導彈控制系統(tǒng)非線性設(shè)計研究（2006ZC12004）”的資助下對飛行器的多模型建模與控制問題做了深入的研究和探索，取得了一批成果，《多模型建模與控制的理論和方法》內(nèi)容大部分就來源于此?！抖嗄Ｐ徒Ｅc控制的理論和方法》的另外一部分內(nèi)容則來源于作者的碩博士研究生所撰寫的學位論文和研究團隊所發(fā)表的學術(shù)文章?！抖嗄Ｐ徒Ｅc控制的理論和方法》共10章，主體內(nèi)容由3個板塊構(gòu)成：第1板塊包括第2_4章，主要論述非線性系統(tǒng)的多模型建模理論與方法，介紹了基于分段仿射方法的多模型離線建模、基于局部模型方法的多模型在線建模、基于即時學習方法的多模型在線建模等內(nèi)容；第二板塊包括第5-8章，主要論述非線性系統(tǒng)的多模型控制理論與方法，介紹了非線性系統(tǒng)的多模型自適應控制、基于在線建模的多模型預測控制、基于在線建模的預測PID（Proportion Integration Differentiation）控制、基于在線建模的滑模預測控制等內(nèi)容；第三板塊包括第9章和第10章，主要論述非線性系統(tǒng)多模型建模與控制的理論和方法在飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計中的應用，介紹了基于多模型的飛機容錯控制方法、基于多模型的導彈飛行控制方法等內(nèi)容。

　　雷虎民，陜西合陽人，空軍工程大學防空反導學院教授，控制科學與工程學科博士生導師，主要研究方向為空天防御攔截器制導、控制與仿真。從1979年9月開始先后在西北工業(yè)大學航天學院導航、制導與控制專業(yè)獲工學學士、碩士和博士學位，西安交通大學控制科學與工程學科流動站博士后?，F(xiàn)為中國航空學會航空武器專業(yè)委員會委員，中國自動化學會系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會委員，西安慣性技術(shù)學會理事，《空軍工程大學學報（自然科學版）》《導航、定位與授時》《飛行力學》和《航空兵器》編委。獲軍內(nèi)外科技進步獎12項，授權(quán)國防發(fā)明專利2項，發(fā)表論文150余篇，SCI/EI檢索論文70余篇，出版著作3部，指導碩博士生60多名，獲陜西省三秦人才獎和軍隊院校育才獎金獎。邵雷，湖北天門人，2009年畢業(yè)于空軍工程大學導航、制導與控制專業(yè)獲工學博士學位?，F(xiàn)任空軍工程大學防空反導學院副教授，主要研究方向為防空反導武器系統(tǒng)總體和飛行器制導與控制技術(shù)。主持和參與科研項目10余項，獲軍隊科技進步獎5項；發(fā)表學術(shù)論文40余篇，被國際檢索收錄17篇，出版教材5部。楊遵，河南鎮(zhèn)平人，2007年畢業(yè)于空軍工程大學導航、制導與控制專業(yè)獲工學博士學位，現(xiàn)任空軍空降兵學院講師，主要研究方向為系統(tǒng)建模與仿真實驗。獲軍隊科技進步獎3項，授權(quán)國防發(fā)明專利5項，發(fā)表學術(shù)論文30余篇，出版教材3部。