非线性模型预测控制博士｜让工业控制算法更易维护与更新

非线性模型预测控制博士｜让工业控制算法更易维护与更新

研究信息截至：2026 年 11 月 6 日

快速判断

有吸引力，但存在重要待确认事项。 这是谢菲尔德大学 EPSRC Doctoral Landscape Award（DLA）下的 3.5 年博士项目，由 Dr J Anthony Rossiter 指导。研究关注控制工程中的一个实际权衡：在保持非线性模型预测控制（MPC）有效、稳健的同时，让算法更便于维护和更新。公开项目说明列出的资助包括学费、按 UKRI 标准发放的生活津贴和研究经费；申请截止时间为 2027 年 1 月 13 日英国时间 17:00。DLA 允许国际申请者参与，但整个项目最多将 30% 的名额授予国际生，学校预计最多提供 10 个国际生名额，并优先评审 Home fee status 申请者。项目介绍 · DLA 申请规则

导师近期研究提供了与预测控制直接相关的研究背景，谢菲尔德也有较广泛的控制与系统研究团队。主要待确认点是：项目说明未明确非线性系统、应用领域、算法类别、验证条件或成功指标。准备申请前，建议联系导师，了解项目如何界定“简化”和“稳健”，并确认不同学费身份对应的奖学金条件。

研究问题与博士工作

尚未解决的问题及其意义

MPC 使用模型预测系统对候选控制决策的响应，再在滚动时间窗口内选择控制动作。非线性 MPC 能表达更复杂的动态特性和约束，但在线优化可能带来较高计算负担。降低计算负担有助于控制器运行和维护；与此同时，简化也可能改变预测精度、约束处理、闭环行为或鲁棒性。一项近期 NMPC 研究展示了一种可能路线：用数据推导的界限缩小优化搜索范围；但其证据来自一个自动驾驶车辆超车场景的仿真，不能代表普遍效果。搜索域缩减研究

已说明的工作与可能的研究选择

项目介绍称，研究将提出兼顾有洞察力且稳健的控制决策、以及低成本维护和更新的方法，重点是简化非线性 MPC。项目背景指出，在工业系统中，运行场景变化会使复杂控制算法难以经济地更新，企业可能转而采用性能较低、但更易维护的方案。这些是公开说明中的目标；项目没有指定具体系统或方法。项目介绍

博士研究可能需要提出算法或设计框架，并评估其权衡。以下是适合与导师讨论的方向，不是已确认的项目要求：非线性模型或在线计算中哪些部分可以简化；哪些信息应保留以便维护；如何比较控制性能、约束表现、鲁棒性、计算量和更新成本。谢菲尔德更广泛的控制团队研究 MPC、动态优化、鲁棒与自适应控制、基于学习的控制及实时数值优化，主题上与项目相关。控制与系统工程研究方向

目前公开项目介绍没有说明目标应用、非线性模型、基准控制器、软硬件平台、数据、测试设备、形式化保证、产业合作方或量化成功标准。不能假定博士工作会采用 PFC、某个特定求解器或导师以往论文中的应用案例。这些选择将影响 3.5 年博士研究是否可行，应尽早与导师确认。

学校、学科与培养

学位授予单位为谢菲尔德大学；项目列在该校电气与电子工程学院。谢菲尔德在 QS 世界大学排名 2027 中位列全球第 82、英国第 14。另据 REF 2021，谢菲尔德工程学院整体研究质量排名第 8，96% 的研究活动位于最高两个质量档，并获评全国顶尖研究环境。REF 的工程提交涵盖六个工程院系及 AMRC/Nuclear AMRC，因此这是学院层面的信号，并非对本项目或导师的单独排名。谢菲尔德大学排名 · 工程学院 REF 2021 结果

谢菲尔德的全日制 PhD 通常为 3–4 年，具体取决于资助和研究范围；本项目公布的 3.5 年资助期处于该范围内。正式注册期限、资助结束后论文写作时间如何安排，应以录取通知书为准。该项目是谢菲尔德 DLA 博士奖学金，并未宣传为联合学位。项目介绍没有列出具体学历或成绩门槛，需要向院系确认。学校研究学位英语要求表列出，Automatic Control and Systems Engineering 与 Electrical and Electronic Engineering 方向的雅思成绩为总分 6.5、各单项不低于 6.0，或同等水平。PhD 申请要点 · 研究学位英语要求 · 谢菲尔德所在国家信息

导师与研究条件

导师研究方向

Dr J Anthony Rossiter 的学校主页将预测控制列为重要研究方向，并提到通过改进算法，提高计算效率和简洁性，同时尽量减少性能损失。谢菲尔德的控制与系统工程研究方向涵盖 MPC、动态优化、鲁棒与自适应控制、非线性系统及实时数值方法，也涉及能源、航空航天、车辆和基础设施等应用。该研究方向页面列出产学研合作及 Rolls-Royce University Technology Centre in Control, Monitoring and Systems Engineering。但公开信息没有确认本博士项目是否正式隶属于该中心、是否有具体产业合作方或能使用哪种实验设备。Rossiter 导师主页 · 控制研究方向

近期重要论文

• Rossiter 等（2022）《A novel approach to PFC for nonlinear systems》：提出面向非线性系统、计算较高效的 predictive functional control（PFC）方法，并使用较简单的调参方式；部分仿真案例展示了反馈控制和约束处理。该研究与低复杂度预测控制直接相关，但 PFC 不是本项目已确定采用的方法，论文结果也不是通用的鲁棒性保证。论文记录
• Guerrero-Fernandez、González-Villarreal 与 Rossiter（2022）《Efficiency-aware nonlinear model-predictive control with real-time iteration scheme for wave energy converters》：该研究将实时迭代 NMPC 用于波浪能控制问题，并推导了减少计算量的 condensing 方法；研究在缩比 Wavestar 设计上进行了测试。论文证明导师团队有相关 NMPC 与计算方法经验，但研究对象特定，验证基于缩比模型。论文记录
• Rossiter、Abdullah 与 Aftab（2024）《Improving the feedforward component for recent variants of Predictive Functional Control》：论文将前馈信息与较新的 PFC 参数化方法结合，以提高方法一致性和调参效果。证据主要来自仿真；作者也将不确定性敏感度列为待研究问题。这说明简化和调参可能有益，但仍需要仔细验证鲁棒性。论文记录
• Rossiter 与 Aftab（2025）《Efficient dual loop PFC for challenging dynamic processes》：作者为不稳定或阻尼较差的流程动态提出双环 PFC 策略，并用仿真评估两个工业案例。论文表明团队持续研究简洁的预测控制，但不能据此认定方法已在工业现场部署，或其结果可直接推广到非线性 MPC。论文记录
• Rossiter、Gonzalez-Villareal 与 Sarbini（2023）《A review of parameterised MPC algorithms》：该比较研究提出评估参数化 MPC 的标准，并对低阶系统样本进行数值比较。论文明确聚焦线性系统，并把非线性扩展列为未来方向；这是一篇综述与比较，不是本项目的实施研究。论文记录

综合来看，这些论文支持导师团队与高效预测控制主题之间的契合，也提示博士研究应将简化与稳定性、不确定性敏感度、约束满足和计算负担一起评估，不能仅以计算成本低作为成功标准。

资助、申请与生活成本

谢菲尔德项目介绍称，该资助为期 3.5 年，覆盖全额学费、按 UKRI 标准发放的生活津贴及研究经费；当前列出的生活津贴为每年 £21,805。UKRI 公布的 2026/27 年最低博士生活津贴同为 £21,805，学费参考标准为 £5,238；截至本报告研究时点，2027/28 年标准尚未公布。因此，当前金额是参考值，不保证适用于 2027 年 10 月入学。项目介绍未列出研究经费金额，也未说明签证、旅行、搬迁或家属支出是否包括在内。项目介绍 · UKRI 博士资助标准

DLA 必须使用专门的在线申请表；普通谢菲尔德 PhD 申请不能替代。表格包含三个问题，每题最多 300 词。申请者最多可选择两个相关项目；若两个志愿都与背景匹配，学校强烈建议都填报。学校建议申请前联系导师。入学日期应选择 2027 年 10 月 1 日，截止时间为 2027 年 1 月 13 日英国时间 17:00。预计 Home 申请者面试时间为 2027 年 2 月中旬，国际申请者为 2027 年 3 月下旬。DLA 招聘声明要求申请者披露并解释在申请过程中使用 AI 的情况；准备或提交材料前应阅读最新规定。DLA 申请、选拔和 AI 使用规则

国际申请者可以参与评选，但 EPSRC 规定国际生最多占奖学金名额的 30%。谢菲尔德预计整个竞争中最多提供 10 个国际生名额，并先评审 Home fee status 申请者；学校称会为成功入选的国际生支付 Home 与 International 学费之间的差额。项目介绍同时说明，大多数名额将分给 Home fee status 申请者。申请者应核实个人学费身份，以及该具体项目在 Home 申请阶段后是否仍有名额；“全球申请者”标签本身不能证明一定有国际生名额。国际生选拔与学费规则

谢菲尔德目前列出的每月生活支出示例包括：食品杂货 £155、交通 £73、外出 £60、外卖及外出就餐 £45、服装和购物 £33、手机 £15、订阅服务 £14。学校国际生指南给出的学生住宿平均租金为每月 £500–£800，食品杂货约每周 £30–£45。这些是预算参考，不是完整生活预算；2027/28 年价格可能变化。仅作数量级比较，£21,805 除以 12 约为每月 £1,817；扣除 £500–£800 房租后，剩余约 £1,017–£1,317，用于食品和其他支出。实际资助和生活费用应按入学年度重新核对。谢菲尔德生活成本示例 · 国际生租房与食品支出指南

截至研究时点，GOV.UK 列出的英国伦敦以外地区学生签证生活资金证明要求为每月 £1,171，最多计算 9 个月。谢菲尔德在 2026 年 10 月 2 日发布的更新称，2026 年 11 月 30 日或之后提交的申请将提高至每月 £1,203。签证资金证明门槛不同于学校估算的实际生活开支；到 2027/28 签证申请时，金额可能再次变化。GOV.UK 签证资金要求 · 谢菲尔德签证规则更新

申请匹配与准备

该研究主题较适合在控制工程、电子电气工程、系统工程、应用数学、非线性动力学、建模或优化方面有基础，并能实现和比较算法的申请者。编程与数值计算经验有帮助，但属于研究准备建议，不是项目公布的硬性条件：项目介绍没有列出特定学位名称、成绩门槛或编程语言要求。学校研究学位英语要求见上文；该项目的学术录取要求仍需向院系确认。项目介绍 · 研究学位英语要求

DLA 申请表要求说明申请动机、已有技能如何支持博士研究，并举例说明如何运用技能回答研究问题；每题最多 300 词。申请材料可展示一个控制或建模研究案例，清楚介绍研究问题、评估方法和结果，以及计算资源或系统变化如何影响方案设计。未获导师确认前，不应把某种 PFC 或求解器写成必备技术路线。DLA 申请表问题

相关就业方向包括控制系统工程师、流程/自动化工程师、系统集成工程师，以及航空航天、汽车、海事、物流、能源和制造业的研发岗位。Skills England 的职业说明涉及控制系统设计、部署、测试、调试、维护和优化。EngineeringUK 估算英国工程与技术岗位约 630 万个，占全部岗位约 19%；但这是广义劳动力规模，并不代表控制工程的招聘数量、博士岗位或职位增长。就业发展还取决于申请者的具体行业经验，以及将研究方法转化为可部署系统的能力。控制系统工程师职业说明 · EngineeringUK 工程与技术劳动力报告

下一步与待确认问题

申请前

1. 联系 Dr Rossiter，询问拟研究的非线性系统、运行场景或应用领域，以及模型、数据或测试设备是否已确定。
2. 询问申请说明中的“简化”“稳健”和“易维护”具体指什么；研究将如何衡量性能、约束、稳定性、计算量和更新成本。
3. 确认该项目的学历和成绩要求、Home fee status 判定方式，以及国际申请者能否在第一阶段后继续竞争。
4. 申请前索取书面资助说明：学费覆盖范围、2027/28 生活津贴、研究经费金额、国际生学费差额及不覆盖的支出。
5. 准备三个不超过 300 词的 DLA 问答；仅在第二个项目确实相关时填报，并遵守 AI 使用披露规则。

面试时

1. 询问博士将开发新的非线性 MPC 方法、简化既有控制器，还是比较多个方法；公开介绍尚未说明。
2. 询问如何测试鲁棒性、可行性、约束、模型误差、运行时间和维护/更新成本；验证是否仅限仿真，还是包括硬件或产业数据。
3. 确认导师团队、会面频率、培训安排、软件和算力资源，以及是否承诺提供实验或产业环境。

接受录取前

1. 核对录取文件是否写明学位授予单位、注册期限、资助期限、学费身份、生活津贴、研究经费和论文写作期安排。谢菲尔德全日制 PhD 通常为 3–4 年；该项目公布的资助期是 3.5 年。

证据与来源

项目、DLA 与学校

• 谢菲尔德 PhD 项目目录
• EPSRC DLA 申请、选拔与 AI 使用规则
• PhD 申请要点
• 研究学位英语要求
• 谢菲尔德大学排名
• 工程学院 REF 2021 结果
• 谢菲尔德所在国家信息

导师、研究环境与论文

• Dr J Anthony Rossiter 导师主页
• 控制与系统工程研究方向
• 非线性系统 PFC 方法论文（2022）
• 波浪能转换器非线性 MPC 论文（2022）
• 近期 PFC 变体的前馈改进（2024）
• 复杂动态过程的双环 PFC（2025）
• 参数化 MPC 算法综述（2023）
• 非线性 MPC 搜索域缩减研究（2023）

资助、生活成本与就业

• UKRI 博士津贴与学费指导
• 谢菲尔德生活成本指南
• 国际生租房与食品支出指南
• 学生签证资金证明要求
• 谢菲尔德学生签证规则更新
• Skills England 控制系统工程师职业说明
• EngineeringUK 劳动力报告