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多速率分段线性系统预测控制的显式设计

蒋亚丽 邹媛媛 牛玉刚

蒋亚丽, 邹媛媛, 牛玉刚. 多速率分段线性系统预测控制的显式设计. 自动化学报, 2013, 39(5): 631-636. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00631
引用本文: 蒋亚丽, 邹媛媛, 牛玉刚. 多速率分段线性系统预测控制的显式设计. 自动化学报, 2013, 39(5): 631-636. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00631
JIANG Ya-Li, ZOU Yuan-Yuan, NIU Yu-Gang. Explicit Model Predictive Control for Multi-rate Piecewise Linear Systems. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2013, 39(5): 631-636. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00631
Citation: JIANG Ya-Li, ZOU Yuan-Yuan, NIU Yu-Gang. Explicit Model Predictive Control for Multi-rate Piecewise Linear Systems. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2013, 39(5): 631-636. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00631

多速率分段线性系统预测控制的显式设计

doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.00631
详细信息
    通讯作者:

    邹媛媛

Explicit Model Predictive Control for Multi-rate Piecewise Linear Systems

  • 摘要: 针对输出采样周期是输入更新周期N倍的多速率分段线性(Piecewise linear, PWL)系统, 本文提出了保证稳定性的显式预测控制器设计方法. 首先, 基于动态规划原理将预测控制优化问题分解为多个单级优化问题; 然后, 根据分段线性系统各子模型以及目标函数的具体形式, 进一步将各单级优化问题分为若干个子问题, 再利用多参数二次规划(Multiparametric quadratic programming, MP-QP)方法求解;最后,通过比较各子问题的解从而得到系统的最优显式控制律. 在设计过程中, 将系统的最大正不变集作为优化问题的终端约束集, 从而保证了系统的稳定性. 仿真结果表明本文提出的显式预测控制方法能够有效降低多速率分段线性系统的在线计算时间, 在保证系统稳定性的同时, 满足其对输入更新速度的要求.
  • [1] zkan L, Kothare M V, Georgakis C. Model predictive control of nonlinear systems using piecewise linear models. Computers and Chemical Engineering, 2000, 24(2-7): 793-799[2] Ding D W, Yang G H. Static output feedback control for discrete-time piecewise linear systems: an LMI approach. Acta Automatica Sinica, 2009, 35(4): 337-344[3] Xi Yu-Geng. Predictive Control. Beijing: National Defence Industrial Press, 1993(席裕庚. 预测控制. 北京: 国防工业出版社, 1993)[4] Ping Xu-Bin, Ding Bao-Cang, Han Chong-Zhao. Dynamic output feedback robust model predictive control. Acta Automatica Sinica, 2012, 38(1): 31-37(平续斌, 丁宝苍, 韩崇昭. 动态输出反馈鲁棒模型预测控制. 自动化学报, 2012, 38(1): 31-37)[5] Huang He, Li De-Wei, Xi Yu-Geng. On design of mixed H2/H∞ RMPC based on multi-step control strategy. Acta Automatica Sinica, 2012, 38(6): 944-950(黄鹤, 李德伟, 席裕庚. 基于多步控制策略的混合H2/H∞鲁棒预测控制器设计. 自动化学报, 2012, 38(6): 944-950)[6] Bemporad A, Borrelli F, Morari M. Piecewise linear optimal controllers for hybrid systems. In: Proceedings of the 2000 American Control Conference. Chicago, USA: IEEE, 2000. 1190-1194[7] zkan Leyla, Kothare M V, Georgakis C. Model predictive control of nonlinear systems using piecewise linear models. Computers Chemical Engineering, 2000, 24(2-7): 793- 799[8] Araki M, Yamamoto K. Multivariable multirate sampled-data systems: state-space description, transfer characteristics, and Nyquist criterion. IEEE Transactions on Automatic Control, 1986, 31(2): 145-154[9] Kranc G M. Input-output analysis of multirate feedback systems. IRE Transactions on Automatic Control, 1957, 3(1): 21-28[10] Gu Cong, Liang Yan, Zhang Gong-Yuan, Yang Feng, Pan Quan. H∞ filter for multi-rate systems with missing measurements. Acta Automatica Sinica, 2010, 36(6): 881-885(谷丛, 梁彦, 张共愿, 杨峰, 潘泉. 量测缺失下多速率传感器系统的H∞滤波器设计. 自动化学报, 2012, 36(6): 881-885)[11] Bemporad A, Borrelli F, Morari M. Model predictive control based on linear programming —— the explicit solution. IEEE Transactions on Automatic Control, 2000, 47(12): 1974- 1985[12] Kouramas K I, Faísca N P, Panos C, Pistikopoulos E N. Explicitmulti-parametric model predictive control (MPC) of linear discrete-time systems by dynamic and multi-parametric programming. Automatica, 2011, 47(8): 1638- 1645[13] Borrelli F, Baotic M, Bemporad A, Morari M. Dynamic programming for constrained optimal control of discrete-time linear hybrid systems. Automatica, 2005, 41(10): 1709-1721
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-15
  • 修回日期:  2012-08-14
  • 刊出日期:  2013-05-20

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