随着信息处理技术和计算机技术的发展,控制工程领域出现了一些新的研究对象,这些新的研究对象为自动控制理论带来了新的科学问题。近年来,关于混杂系统的研究引起了国内外学者的广泛关注。混杂系统是指在同一个系统中既包含连续动态同时又包含离散动态,以及两者之间相互作用、相互的影响一类复杂系统。对于混杂系统的研究主要包括:混杂系统的建模、混杂系统的分析与综合等。本文在总结现有研究成果的基础上,进一步在理论上深入研究混杂系统的最优控制理论,并将所得结果用于多无人机编队飞行控制。论文的主要内容与研究成果如下:本文首先对混杂系统领域的相关研究成果进行了系统地分析和总结,阐述了混杂系统中的一些值得深入研究的问题,并且给出了与混杂系统和模型预测控制理论相关的基础知识,既丰富了论文的内容又增加了论文的可读性。然后,分析了混杂系统的模型特点,分别建立了混杂系统的混杂自动机(Discrete Hybrid Automata,DHA)模型、分段仿射(Piecewise Affine,PWA)模型和混合逻辑动态(Mixed Logical Dynamical,MLD)模型,每种模型都各有各的特点,各有各的用途。对于DHA模型来说,适用于系统的建模和仿真,PWA模型适用于系统的控制、稳定性分析和系统辨识,而MLD模型主要用于系统的控制和故障检测。基于混杂系统的MLD模型,通过多参数模型预测控制方法,设计了混杂系统的最优控制器。最后,将所得结果应用于多无人机的编队飞行控制。首先采用基于元胞自动机的方法,对无人机的飞行路径进行最优规划,然后采用混合Lyapunov函数方法,分别设计每个无人机的有限时间最优控制器,使得无人机能够在躲避障碍物的同时,按照给定的队形飞行到目的地。所谓的混合Lyapunov函数包括两部分,一部分用于保证离散动态系统在有限时间内收敛,另一部分保证连续动态系统局部渐近稳定,而离散状态保持不变。这种方法进一步放宽了对Lyapunov函数的要求,降低了保守性。