一類受限混雜系統(tǒng)的預(yù)測控制研究.pdf

1、隨著控制科學和計算機技術(shù)的不斷研究和廣泛應(yīng)用，在交通、制造、通信等領(lǐng)域內(nèi)相繼出現(xiàn)了一大批反映新技術(shù)發(fā)展的先進系統(tǒng)，其中很多是通過對原系統(tǒng)進行新技術(shù)革新完成的，如先進嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用。這些系統(tǒng)中不但含有機械、流體等物理部件，其按照物理學連續(xù)動態(tài)規(guī)律演化；還包括計算機、PLC等邏輯組件，它遵循離散事件規(guī)則運行。因此在系統(tǒng)中同時包括連續(xù)和邏輯/離散兩種性質(zhì)不同的變量，存在連續(xù)動態(tài)和離散事件兩種不同的運行模式，兩者相互作用影響系統(tǒng)演化。一般

2、我們把具有這種特征的系統(tǒng)稱為混雜系統(tǒng)。另一方面，系統(tǒng)中的變量一般都存在這樣或那樣的限制，所以也可稱為受限混雜系統(tǒng)。受限混雜系統(tǒng)可以描述和處理一大類實際應(yīng)用系統(tǒng)，具有很重要的研究價值。 受限混雜系統(tǒng)一般將系統(tǒng)狀態(tài)空間根據(jù)約束等要求劃分為許多凸子空間，稱為元胞，各元胞內(nèi)的狀態(tài)遵循不同的線性微分(差分)方程，可以看作是獨立的受限線性系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)邏輯要求在各個受限線性系統(tǒng)之間進行切換。因此，受限線性系統(tǒng)是受限混雜系統(tǒng)的基本組成部分，它

3、的研究對于透徹的理解和掌握混雜系統(tǒng)有著不可替代的作用。本文從受限線性系統(tǒng)入手研究受限混雜系統(tǒng)，共包括以下四個方面： (1)受限線性系統(tǒng)無限域最優(yōu)控制。通過引入最大輸出可行集作為終端約束，將問題等價轉(zhuǎn)化為受限有限域最優(yōu)控制問題和不受限的無限域最優(yōu)控制問題，并對受限有限域最優(yōu)控制問題采用多參數(shù)二次規(guī)劃方法求解獲得離線解析解，這種設(shè)計方法可同時獲得系統(tǒng)最優(yōu)性和穩(wěn)定性。 (2)受限線性系統(tǒng)預(yù)測控制。在最優(yōu)控制的基礎(chǔ)上，采用滾動優(yōu)

4、化方法來實現(xiàn)，即RHc預(yù)測控制方法，證明了該算法的收斂性。 (3)受限混雜系統(tǒng)的建模。將含有邏輯操作的受限分段線性系統(tǒng)分立為連續(xù)和邏輯兩個子系統(tǒng)，兩者之間通過事件觸發(fā)和模態(tài)選擇兩個接口互聯(lián)，其中對邏輯子系統(tǒng)采用二進制命題邏輯理論描述，并引入輔助變量對接口建模。 (4)受限混雜系統(tǒng)的預(yù)測控制。首先介紹了受限混雜系統(tǒng)的最優(yōu)控制方案，將問題轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二次規(guī)劃求得控制律。在其基礎(chǔ)上進行滾動優(yōu)化形成預(yù)測控制算法，并證明了其穩(wěn)定