本书介绍预测控制理论和双层结构工业算法，包括预测控制原理、预测控制模型辨识、预测控制稳态目标计算、稳定过程和积分过程的双层动态矩阵控制、状态空间模型的双层动态矩阵控制、双层预测控制的非线性和变自由度处理技术，以及两步法状态空间预测控制与广义预测控制。本书综合考虑研究生这类读者群的接受水平和期望，将预测控制理论融人工业领域。本书提供大量仿真算例和例题，并且给出部分程序代码供读者研究与参考。
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1.国家重点研发计划项目"工业园区多能流综合管控与协同优化"的子课题"含偏微分-微分-代数方程组约束的优化问题的高效求解"的负责人（本书依托项目）；2.国家自然科学基金面上项目"多能流系统递阶预测控制的综合设计与分析"，编号62073053，负责人（本书依托项目）；
目录
第1章 绪论 1
1.1 PID与预测控制 1
1.2 双层结构预测控制 4
1.3 递阶结构预测控制 6
第2章 过程测试及非参数模型辨识 10
2.1 面向模型辨识的过程测试信号 10
2.1.1 阶跃测试信号 10
2.1.2 白噪声测试信号 11
2.1.3 伪随机二进制序列 11
2.1.4 广义二进制噪声 12
2.2 阶跃响应模型辨识 13
2.2.1 待辨识模型的描述 14
2.2.2 数据处理 16
2.2.3 模型辨识方法 17
2.2.4 数值仿真 22
第3章 稳态目标计算56
3.1 稳态目标计算原理 56
3.2 经济优化 61
3.3 目标跟踪 68
3.4 可行性判定与软约束调整 69
3.4.1 升序方法 70
3.4.2 降序方法 73
第4章 稳定过程的双层动态矩阵控制 83
4.1 开环预测 89
4.2 稳态目标计算 97
4.3 动态控制 110
4.4 仿真算例 118
第5章 含积分过程的双层动态矩阵控制 120
5.1 积分过程 120
5.2 开环预测 127
5.3 稳态目标计算132
5.3.1 第一步，问题描述 132
5.3.2 第二步，积分CV的分类 137
5.3.3 第三步，SSTC的约束 138
5.4 动态控制 140
5.4.1 第四步，动态控制设定值计算 140
5.4.2 第五步，动态跟踪优化问题 141
5.5 仿真算例 146
第6章 基于状态空间模型的双层模型预测控制 203
6.1 人工干扰模型与可检测性 204
6.2 开环预测 210
6.3 稳态目标计算 213
6.4 动态控制 217
第7章 双层预测控制的无静差特性、静态非线性和变自由度算法 224
7.1 基于状态空间模型和目标跟踪算法的稳态目标计算 224
7.1.1 所有外部目标有相同的重要性 225
7.1.2 被控变量外部目标的重要性高于操纵变量外部目标 226
7.2 基于二次规划的动态控制和无静差特性 227
7.2.1 以状态构造性能指标 227
7.2.2 双层动态矩阵控制 238
7.3 工业预测控制的静态非线性变换方法 239
7.4 变自由度的双层预测控制 240
7.4.1 没有变结构的仿真算例 241
7.4.2 操纵变量变结构仿真算例 243
7.4.3 被控变量变结构仿真算例 245
第8章 两步法状态空间预测控制 250
8.1 两步法状态反馈预测控制 250
8.2 两步法状态反馈预测控制的稳定性 252
8.3 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 255
8.3.1 系统矩阵无单位圆外特征值 255
8.3.2 系统矩阵有单位圆外特征值 257
8.3.3 数值例子 258
8.4 两步法输出反馈预测控制 265
8.5 两步法输出反馈预测控制的稳定性 266
第9章 广义预测控制 272
9.1 单变量广义预测控制的基本算法 272
9.1.1 预测模型 272
9.1.2 丢番图方程的解法 273
9.1.3 滚动优化 275
9.1.4 在线辨识与校正 278
9.2 两步法广义预测控制 278
9.2.1 无约束 279
9.2.2 有输入饱和约束 279
9.3 最小拍控制相关的广义预测控制稳定性判据 280
9.4 两步法广义预测控制的稳定性 283
9.4.1 基于Popov稳定性定理的结论 283
9.4.2 寻找控制器参数的两个算法 284
9.4.3 实际非线性界的确定方法 285
9.5 两步法广义预测控制的吸引域 286
9.5.1 控制器的状态空间描述 286
9.5.2 吸引域相关稳定性 287
9.5.3 吸引域的计算方法 288
9.5.4 数值例子 290
参考文献 295
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