Data-Driven Model Predictive Control With Stability and Robustness Guarantees

控制理论(社会学) 稳健性(进化) 模型预测控制 理论(学习稳定性) 计算机科学 控制工程 机器学习 控制(管理) 工程类 人工智能 生物化学 基因 化学
作者
Julian Berberich,Johannes Köhler,Matthias A. Müller,Frank Allgöwer
出处
期刊:IEEE Transactions on Automatic Control [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:66 (4): 1702-1717 被引量:730
标识
DOI:10.1109/tac.2020.3000182
摘要

We propose a robust data-driven model predictive control (MPC) scheme to control linear time-invariant systems. The scheme uses an implicit model description based on behavioral systems theory and past measured trajectories. In particular, it does not require any prior identification step, but only an initially measured input-output trajectory as well as an upper bound on the order of the unknown system. First, we prove exponential stability of a nominal data-driven MPC scheme with terminal equality constraints in the case of no measurement noise. For bounded additive output measurement noise, we propose a robust modification of the scheme, including a slack variable with regularization in the cost. We prove that the application of this robust MPC scheme in a multistep fashion leads to practical exponential stability of the closed loop w.r.t. the noise level. The presented results provide the first (theoretical) analysis of closed-loop properties, resulting from a simple, purely data-driven MPC scheme.
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