多模型建模與控制的理論和方法

　　控制工程領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)結構和參數(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)驗有很大關系，要想確定合適的模型結構，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將復雜的非線性問題轉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?；二是選擇恰當?shù)暮铣蓽蕜t確保模型調(diào)度的穩(wěn)定性?！抖嗄Ｐ徒Ｅc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)表的學術文章。《多模型建模與控制的理論和方法》共10章，主體內(nèi)容由3個板塊構成：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。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，授權國防發(fā)明專利5項，發(fā)表學術論文30余篇，出版教材3部。