Model predictive control allows to provide high performance and safety guarantees in the form of constraint satisfaction. These properties, however, can be satisfied only if the underlying model, used for prediction, of the controlled process is sufficiently accurate. One way to address this challenge is by data-driven and machine learning approaches, such as Gaussian processes, that allow to refine the model online during operation. We present a combination of an output feedback model predictive control scheme and a Gaussian process-based prediction model that is capable of efficient online learning. To this end, the concept of evolving Gaussian processes is combined with recursive posterior prediction updates. The presented approach guarantees recursive constraint satisfaction and input-to-state stability with respect to the model-plant mismatch. Simulation studies underline that the Gaussian process prediction model can be successfully and efficiently learned online. The resulting computational load is significantly reduced via the combination of the recursive update procedure and by limiting the number of training data points while maintaining good performance.


翻译:模型预测控制允许以约束性满意度的形式提供高性能和安全保障措施。但这些特性只有在用于预测受控过程的基本模型足够准确的情况下才能得到满足。应对这一挑战的一种方法是数据驱动和机器学习方法,例如高山流程,这样就可以在运行期间在网上完善模型。我们介绍了产出反馈模型预测控制办法和高山流程预测模型的组合,这些模型能够有效地在线学习。为此,正在演变的高山流程的概念与循环的后继预测更新相结合。所提出的方法保证了在模型-厂房不匹配方面的循环制约满意度和输入到状态稳定性。模拟研究强调,高山流程预测模型可以在网上成功和高效地学习。由此产生的计算负荷通过循环更新程序的组合和限制培训数据点的数量,同时保持良好的性能而大大减少。

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