本書介紹預測控制理論和雙層結構工業算法，包括預測控制原理、預測控制模型辨識、預測控制穩態目標計算、穩定過程和積分過程的雙層動態矩陣控制、狀態空間模型的雙層動態矩陣控制、雙層預測控制的非線性和變自由度處理技術，以及兩步法狀態空間預測控制與廣義預測控制。本書綜合考慮研究生這類讀者群的接受水平和期望，將預測控制理論融人工業領域。本書提供大量仿真算例和例題，并且給出部分程序代碼供讀者研究與參考。
1.國家重點研發計劃項目"工業園區多能流綜合管控與協同優化"的子課題"含偏微分-微分-代數方程組約束的優化問題的高效求解"的負責人（本書依托項目）；2.國家自然科學基金面上項目"多能流系統遞階預測控制的綜合設計與分析"，編號62073053，負責人（本書依托項目）；
目錄
第1章 緒論 1
1.1 PID與預測控制 1
1.2 雙層結構預測控制 4
1.3 遞階結構預測控制 6
第2章 過程測試及非參數模型辨識 10
2.1 面向模型辨識的過程測試信號 10
2.1.1 階躍測試信號 10
2.1.2 白噪聲測試信號 11
2.1.3 偽隨機二進制序列 11
2.1.4 廣義二進制噪聲 12
2.2 階躍響應模型辨識 13
2.2.1 待辨識模型的描述 14
2.2.2 數據處理 16
2.2.3 模型辨識方法 17
2.2.4 數值仿真 22
第3章 穩態目標計算56
3.1 穩態目標計算原理 56
3.2 經濟優化 61
3.3 目標跟蹤 68
3.4 可行性判定與軟約束調整 69
3.4.1 升序方法 70
3.4.2 降序方法 73
第4章 穩定過程的雙層動態矩陣控制 83
4.1 開環預測 89
4.2 穩態目標計算 97
4.3 動態控制 110
4.4 仿真算例 118
第5章 含積分過程的雙層動態矩陣控制 120
5.1 積分過程 120
5.2 開環預測 127
5.3 穩態目標計算132
5.3.1 第一步，問題描述 132
5.3.2 第二步，積分CV的分類 137
5.3.3 第三步，SSTC的約束 138
5.4 動態控制 140
5.4.1 第四步，動態控制設定值計算 140
5.4.2 第五步，動態跟蹤優化問題 141
5.5 仿真算例 146
第6章 基于狀態空間模型的雙層模型預測控制 203
6.1 人工干擾模型與可檢測性 204
6.2 開環預測 210
6.3 穩態目標計算 213
6.4 動態控制 217
第7章 雙層預測控制的無靜差特性、靜態非線性和變自由度算法 224
7.1 基于狀態空間模型和目標跟蹤算法的穩態目標計算 224
7.1.1 所有外部目標有相同的重要性 225
7.1.2 被控變量外部目標的重要性高于操縱變量外部目標 226
7.2 基于二次規劃的動態控制和無靜差特性 227
7.2.1 以狀態構造性能指標 227
7.2.2 雙層動態矩陣控制 238
7.3 工業預測控制的靜態非線性變換方法 239
7.4 變自由度的雙層預測控制 240
7.4.1 沒有變結構的仿真算例 241
7.4.2 操縱變量變結構仿真算例 243
7.4.3 被控變量變結構仿真算例 245
第8章 兩步法狀態空間預測控制 250
8.1 兩步法狀態反饋預測控制 250
8.2 兩步法狀態反饋預測控制的穩定性 252
8.3 基于半全局穩定性的兩步法狀態反饋預測控制的吸引域設計 255
8.3.1 系統矩陣無單位圓外特征值 255
8.3.2 系統矩陣有單位圓外特征值 257
8.3.3 數值例子 258
8.4 兩步法輸出反饋預測控制 265
8.5 兩步法輸出反饋預測控制的穩定性 266
第9章 廣義預測控制 272
9.1 單變量廣義預測控制的基本算法 272
9.1.1 預測模型 272
9.1.2 丟番圖方程的解法 273
9.1.3 滾動優化 275
9.1.4 在線辨識與校正 278
9.2 兩步法廣義預測控制 278
9.2.1 無約束 279
9.2.2 有輸入飽和約束 279
9.3 最小拍控制相關的廣義預測控制穩定性判據 280
9.4 兩步法廣義預測控制的穩定性 283
9.4.1 基于Popov穩定性定理的結論 283
9.4.2 尋找控制器參數的兩個算法 284
9.4.3 實際非線性界的確定方法 285
9.5 兩步法廣義預測控制的吸引域 286
9.5.1 控制器的狀態空間描述 286
9.5.2 吸引域相關穩定性 287
9.5.3 吸引域的計算方法 288
9.5.4 數值例子 290
參考文獻 295
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