分段非线性混杂系统的建模与控制研究

摘要

混杂系统是连续变量动态系统和离散事件动态系统的混合体,而且两者之间相互影响,相互作用。分段非线性系统是指由一组简单的连续动态线性系统模型近似描述原本复杂的非线性系统。从混杂系统的角度来看,分段非线性系统可以看作一类混杂系统加以研究,系统的离散事件是模型的切换。本文应用混合逻辑动态系统理论,研究分段非线性混杂系统的建模和控制问题,主要内容有:
　　 (1)研究一类可以表示为分段线性形式的非线性系统的常规控制问题。研究了多模型PID控制系统的设计方法,通过仿真实例说明对于分段非线性系统,采用常规控制方法很难得到较好的控制效果,必须采用新的模型,能准确描述分段非线性系统中的混杂特性。
　　 (2)研究分段非线性系统的混杂系统建模。分析基于混合逻辑动态模型形式的混杂系统的一般结构,总结建立混合逻辑动态模型的步骤;详细阐述了几种分段非线性系统的混合逻辑动态模型建立过程,并且给出了完整的模型表达式。
　　 (3)研究混合逻辑动态模型形式的混杂系统的预测控制。将线性预测控制理论推广到混杂系统预测控制中,分别研究了采用二次型和线型性能指标的混合逻辑动态模型的预测控制,探讨了混合逻辑动态系统的稳定性问题,通过仿真验证了算法的有效性。
　　 (4)研究预测控制在多水箱混杂系统中的应用。提出了一种基于OPC通讯的混杂预测控制的低成本应用方案,以JX-300X DCS系统为硬件平台,使用Matlab软件开发独立的OPC客户端程序,实现了预测控制在多水箱混杂系统的应用。