基于MLD的混杂系统优化控制方法研究

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针对现代工业过程中连续动态特性和离散事件特性同时存在的系统特征,本文采用混杂系统理论,以混合逻辑动态模型为基础,基于二次规划和线性规划方法,研究混杂预测控制,并通过基于状态方程的混杂优先级方法处理约束不可行问题。   介绍了混合逻辑动态的建模机理。以二阶系统和CSTR为例,具体阐述了建立MID模型的步骤和方法。介绍了基于HYSDEL语言建模的方法及其优点。证明了MLD模型与其他混杂模型的等价性。   研究了基于二次规划方法的混杂系统优化控制。实现了基于MLD的最优控制、预测跟踪控制、混杂预测控制。通过CSTR仿真,证明了基于MLD的预测控制策略可以有效地处理系统非线性,避免了子模型切换产生的震荡。通过变权重方法,改善了控制性能。针对MIQP存在计算量大、计算速度慢的不足,通过在二次型性能指标中引入抛物线函数,改进了优化算法,计算复杂性降低、计算时间缩短,满足系统对实时性的要求。以CSTR为例,验证了改进优化算法在减少计算量、缩短优化时间方面的优势。   研究了基于线性规划方法的混杂系统优化控制。采取无穷范数和1范数,研究了基于MID的混杂优化控制。通过二阶系统和CSTR仿真,证明了基于线性规划的方法在减少计算量和缩短求解时间方面的有效性。比较了线性规划和二次规划的控制性能。   介绍了约束不可行问题的成因。针对基于MLD的混杂预测控制中出现的约束不可行问题,研究了基于状态方程形式的混杂优先级处理方法。通过处理CSTR仿真中出现的约束不可行问题,和常规松弛变量法进行比较,证明了混杂优先级方法在最大违反约束量、违反约束次数方面的优点。   论文对所研究的内容以CSTR为对象进行了大量的仿真研究,达到了满意的结果。仿真结果表明了论文算法在二次规划、线性规划及处理约束不可行问题方面的有效性。
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