Robust and Kernelized Data-Enabled Predictive Control for Nonlinear Systems

模型预测控制 非线性系统 鲁棒控制 核(代数) 控制理论(社会学) 数学优化 最优控制 梯度下降 计算机科学 缩小 最优化问题 数学 控制(管理) 人工智能 人工神经网络 物理 组合数学 量子力学
作者
Linbin Huang,John Lygeros,Florian Dörfler
出处
期刊:IEEE Transactions on Control Systems and Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:32 (2): 611-624 被引量:41
标识
DOI:10.1109/tcst.2023.3329334
摘要

This article presents a robust and kernelized data-enabled predictive control (RoKDeePC) algorithm to perform model-free optimal control for nonlinear systems using only input and output data. The algorithm combines robust predictive control and a multistep predictor of nonlinear systems obtained from regularized kernel methods. The latter is based on implicitly learning the nonlinear behavior of the system via the representer theorem. Instead of seeking a model and then performing control design, our method goes directly from data to control. This allows us to robustify the control inputs against the uncertainties in data by considering a min-max optimization problem to calculate the robust and optimal control sequence. We show that by incorporating an appropriate uncertainty set, this min-max problem can be reformulated as a nonconvex but structured minimization problem. By exploiting its structure, we present a projected gradient descent algorithm to effectively solve this problem. Finally, we test the RoKDeePC method on two nonlinear example systems—one academic case study and a grid-forming converter feeding a nonlinear load—and compare it with some existing nonlinear data-driven predictive control methods.
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