Nonlinear Model Predictive Control Based on a Self-Organizing Recurrent Neural Network

模型预测控制 人工神经网络 控制理论(社会学) 非线性系统 计算机科学 径向基函数 理论(学习稳定性) Lyapunov稳定性 李雅普诺夫函数 人工智能 机器学习 控制(管理) 物理 量子力学
作者
Honggui Han,Lu Zhang,Ying Hou,Junfei Qiao
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:27 (2): 402-415 被引量:167
标识
DOI:10.1109/tnnls.2015.2465174
摘要

A nonlinear model predictive control (NMPC) scheme is developed in this paper based on a self-organizing recurrent radial basis function (SR-RBF) neural network, whose structure and parameters are adjusted concurrently in the training process. The proposed SR-RBF neural network is represented in a general nonlinear form for predicting the future dynamic behaviors of nonlinear systems. To improve the modeling accuracy, a spiking-based growing and pruning algorithm and an adaptive learning algorithm are developed to tune the structure and parameters of the SR-RBF neural network, respectively. Meanwhile, for the control problem, an improved gradient method is utilized for the solution of the optimization problem in NMPC. The stability of the resulting control system is proved based on the Lyapunov stability theory. Finally, the proposed SR-RBF neural network-based NMPC (SR-RBF-NMPC) is used to control the dissolved oxygen (DO) concentration in a wastewater treatment process (WWTP). Comparisons with other existing methods demonstrate that the SR-RBF-NMPC can achieve a considerably better model fitting for WWTP and a better control performance for DO concentration.
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