×

具有状态和驱动约束的扰动分段仿射系统的基于集合的控制。 (英语) Zbl 1441.93167号

摘要:我们研究了离散时间分段仿射(PWA)系统的有限时域控制,该系统受到加性有界扰动的影响。其目标是在满足状态和驱动约束的同时,将系统的状态鲁棒驱动到某个目标区域。由于混合离散和连续动力学,这一问题具有挑战性,需要探索许多模式序列。我们通过提出一种两步方法来解决这个问题,该方法基于设计一个参考轨迹,然后设计一个反馈控制器,试图使所有解决方案都遵循参考模式序列。因此,所考虑的模式序列的数量可以大大减少。由于时间范围和模式数是有限的,因此可以保证终止。该程序计算效率的关键是参考轨迹的选择,其设计应避免模式序列从参考序列分支。由此得到的基于集合的反馈控制律简单且易于实现。由于使用了可达性分析,我们的结果在形式上是正确的。一个四油箱基准测试示例表明了我们方法的有效性。

MSC公司:

93C55美元 离散时间控制/观测系统
93B52号 反馈控制
93个B03 可达集,可达性
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 链接

参考文献:

[1] Bemporad,A。;Morari,M.,《集成逻辑、动力学和约束的系统控制》,Automatica,35,3,407-427(1999)·兹比尔1049.93514
[2] Asarin,E。;Dang,T。;Girard,A.,非线性系统分析的杂交方法,信息学报。,43, 451-476 (2007) ·Zbl 1134.93026号
[3] 当,T。;马勒,O。;Testylier,R.,非线性系统的精确混合,(混合系统:计算与控制(2010)),11-19·Zbl 1360.93083号
[4] Girard,A。;Martin,S.,使用杂交和单纯形鲁棒控制器的约束非线性系统综合,IEEE Trans。自动化。控制,57,4,1046-1051(2012)·Zbl 1369.93192号
[5] 贝克·S。;波戈莫洛夫,S。;Henzinger,T.A。;约翰逊,T.T。;Prakash,P.,非线性系统分析的可扩展静态杂交方法,(Proc.Hybrid systems:Computation and Control(2016),ACM),155-164·Zbl 1364.68243号
[6] Geyer,T。;托里西,F.D。;Morari,M.,《多面体分段仿射系统的最佳复杂性降低》,Automatica,44,7,1728-1740(2008)·Zbl 1149.93303号
[7] Papadopoulos,A.V。;Prandini,M.,切换仿射系统的模型简化,Automatica,70,57-65(2016)·Zbl 1339.93033号
[8] Bemporad,A。;费拉里·特雷卡特,G。;Morari,M.,分段仿射和混合系统的可观测性和可控性,IEEE Trans。自动化。控制,451864-1876(2000)·Zbl 0990.93010号
[9] 费拉里·特雷卡特,G。;穆塞利,M。;Liberati,D。;Morari,M.,用于识别分段仿射系统的聚类技术,Automatica,39,2,205-217(2003)·Zbl 1011.93508号
[10] 罗尔,J。;Bemporad,A。;Ljung,L.,通过混合整数编程识别分段仿射系统,Automatica,40,1,37-50(2004)·Zbl 1037.93023号
[11] Bemporad,A。;加鲁利,A。;Paoletti,S。;Vicino,A.,分段仿射系统辨识的有界误差方法,IEEE Trans。自动化。控制,50,10,1567-1580(2005)·Zbl 1365.93100号
[12] Rubagotti,M。;特林博利,S。;Bempoad,A.,不确定离散时间分段仿射系统的稳定性和不变性分析,IEEE Trans。自动化。控制,58,9,2359-2365(2013)·Zbl 1369.93349号
[13] 戈拉米,M。;V.Cockempot。;希勒,H。;Bak,T.,带参考跟踪和输入约束的分段仿射系统的主动容错控制,国际。J.改编。控制信号处理。,28, 11, 1240-1265 (2014) ·兹比尔1338.93126
[14] 徐,J。;Xie,L.,分段仿射系统的控制与估计(2014),Elsevier Science
[15] Bemporad,A。;Heemels,W.P.M.H。;Schutter,B.D.,《关于混合系统和闭环MPC系统》,IEEE Trans。自动化。控制,47,5863-869(2002)·Zbl 1364.93450号
[16] 拉扎尔,M。;Heemels,W.P.M.H。;Weiland,S。;Bemporad,A.,混合系统的稳定模型预测控制,IEEE Trans。自动化。对照,5111813-1818(2006)·Zbl 1366.93502号
[17] Lunze,J。;Lamnabhi-Lagarigue,F.,《混合系统控制手册:理论、工具、应用》(2009),剑桥大学出版社·兹比尔1180.93001
[18] E.Asarin,T.Dang,G.Frehse,A.Girard,C.Le Guernic,O.Maler,《连续可达性和杂交可达性分析的最新进展》,收录于《Proc。IEEE计算机辅助控制系统设计会议,2006年,第1582-1587页。
[19] M.Althoff,S.Bak,D.Cattaruzza,X.Chen,G.Frehse,R.Ray,S.Schupp,ARCH-COMP17类别报告:具有线性连续动力学的连续和混合系统,见:Proc。第四届连续和混合系统应用验证国际研讨会,2017年,第143-159页。
[20] Chutinan,A。;Krogh,B.H.,混合系统验证的计算技术,IEEE Trans。自动化。控制,48,1,64-75(2003)·Zbl 1364.93457号
[21] Kurzhanski,A.B。;Varaiya,P.,可达性分析的椭球技术,(混合系统:计算和控制。混合系统:计算机和控制,LNCS,第1790卷(2000),Springer),202-214·Zbl 0962.93009号
[22] A.Girard,C.Le Guernic,使用支持函数对线性系统进行有效可达性分析,in:Proc。第17届国际会计师联合会世界大会,2008年,第8966-8971页。
[23] X.Chen,S.Sankaranarayanan,E.ábrahám,非线性混合系统的Taylor模型流管构造,in:Proc。第33届IEEE实时系统研讨会,2012年,第183-192页。
[24] Girard,A.,使用区域图的不确定线性系统的可达性,(混合系统:计算和控制(2005)),291-305·Zbl 1078.93005号
[25] M.Althoff,B.H.Krogh,有效计算可达集的Zonotope丛,in:Proc。第50届IEEE决策与控制会议,2011年,第6814-6821页。
[26] Althoff,M.,使用保守多项式和非凸集的非线性系统可达性分析,(混合系统:计算和控制(2013)),173-182·Zbl 1362.93011号
[27] 斯科特·J·K。;雷蒙多,D.M。;Marseglia,G.R。;Braatz,R.D.,《约束分区:基于集合的估计和故障检测的新工具》,Automatica,69,126-136(2016)·兹比尔1338.93119
[28] M.Althoff,G.Frehse,结合分区图和支持函数对线性系统进行有效可达性分析,in:Proc。第55届IEEE决策与控制会议,2016年,第7439-7446页。
[29] Chutinan,A。;Krogh,B.H.,使用多边形流管近似验证多面体不变混合自动机,(混合系统:计算和控制。混合系统:计算机和控制,LNCS,第1569卷(1999),Springer),76-90·Zbl 0954.93020号
[30] Frehse,G。;Ray,R.,支持函数可达性计算的Flowpipe-guard交叉,(混合系统分析与设计(2012)),94-101
[31] 阿尔托夫,M。;勒格尼,C。;Krogh,B.H.,不确定时变线性系统的可达集计算,(混合系统:计算与控制(2011)),93-102·Zbl 1362.93013号
[32] 阿尔托夫,M。;Krogh,B.H.,《混合系统可达性分析中避免几何交叉操作》,(混合系统:计算与控制(2012)),45-54·Zbl 1362.93012号
[33] Till,J。;Engell,S。;Panek,S。;Stursberg,O.,《应用混合系统优化:复杂性实证研究》,《控制工程实践》。,12, 10, 1291-1303 (2004)
[34] Branicky,M.S。;博卡尔,V.S。;Mitter,S.K.,《混合控制的统一框架:模型和最优控制理论》,IEEE Trans。自动化。控制,43,1,31-45(1998)·Zbl 0951.93002号
[35] M.S.Branicky,S.K.Mitter,最优混合控制算法,摘自:Proc。IEEE决策与控制会议,第3卷,1995年,第2661-2666页。
[36] 谢赫,M。;Caines,P.E.,《关于混合系统的最优控制:轨迹、切换时间和位置时间表的优化》,《计算讲义》。科学。,2623, 466-481 (2003) ·Zbl 1038.49033号
[37] 谢赫,M。;Caines,P.E.,《关于混合最优控制问题:理论与算法》,IEEE Trans。自动化。控制,52,9,1587-1603(2007)·Zbl 1366.93061号
[38] Bemporad,A。;博雷利,F。;Morari,M.,《混合系统的最优控制器:稳定性和分段线性显式》,(决策与控制会议议事录,第2卷(2000年),IEEE),1810-1815
[39] Bemporad,A。;托里西,F.D。;Morari,M.,分段仿射和混合系统的基于优化的验证和稳定性表征,(混合系统程序:计算和控制(2000),Springer),45-58·兹伯利0939.93523
[40] A.Bempoad,F.Borrelli,M.Morari,混合系统的分段线性最优控制器,in:Proc。美国控制会议,2000年,第1190-1194页。
[41] 博雷利,F。;Baotić,M。;Bemporad,A。;Morari,M.,离散时间线性混合系统约束最优控制的动态规划,Automatica,41,10,1709-1721(2005)·兹比尔1125.49310
[42] 帕森伯格,B。;Stursberg,O.,《混合最优控制中优化离散位置序列的图形搜索》,IFAC Proc。第42、17、304-309卷(2009年)
[43] 拉科维奇,S。;格里德,P。;Kvasnica,M。;梅恩,D。;Morari,M.,受有界扰动的分段仿射离散时间系统的不变集计算,(决策与控制会议议事录,第2卷(2004),IEEE),1418-1423
[44] M.P.Silva,L.Pina,A.Bempoad,M.A.Botto,J.S.da Costa,线性混合系统的鲁棒最优控制:MLD方法,摘自:Proc。2004年第六届葡萄牙自动控制会议,第208-213页。
[45] Silva,M.P。;Bemporad,A。;博托,医学硕士。;da Costa,J.S.,不确定分段仿射/混合逻辑动力系统的最优控制,(欧洲控制会议论文集(2003),IEEE),1573-1578
[46] Lygeros,J。;托姆林,C。;Sastry,S.,《混合系统可达性规范的控制器》,Automatica,35,3,349-370(1999)·Zbl 0943.93043号
[47] Di Cairano,S。;Heemels,W.M.H。;拉扎尔,M。;Bempoad,A.,《混合系统的稳定动态控制器:混合控制Lyapunov函数方法》,IEEE Trans。自动化。控制,59,10,2629-2643(2014)·Zbl 1360.93540号
[48] 哈贝茨,L.C.G.J.M。;柯林斯,P.J。;van Schuppen,J.H.,单纯形分段仿射混合系统的可达性和控制综合,IEEE Trans。自动化。控制,51,6,938-948(2006)·Zbl 1366.93348号
[49] 哈贝茨,L.C.G.J.M。;柯林斯,P.J。;van Schuppen,J.H.,通过分段仿射输出反馈控制面,IEEE Trans。自动化。对照,57,112831-2843(2012)·Zbl 1369.93211号
[50] Zamani,M。;波拉,G。;Mazo Jr.,M。;Tabuada,P.,《无稳定性假设非线性控制系统的符号模型》,IEEE Trans。自动化。控制,57,7,1804-1809(2012)·Zbl 1369.93002号
[51] A.Girard,S.Martin,使用混合和简单鲁棒控制器的非线性系统运动规划,in:Proc。第四十七届决策和控制会议,2008年,第239-244页。
[52] Girard,A.,通过近似互模拟实现安全性和可达性的控制器综合,Automatica,48,5,947-953(2012)·Zbl 1246.93045号
[53] 李毅。;刘杰。;Ozay,N.,通过局部可达集上近似计算具有鲁棒性裕度的有限抽象,IFAC PapersOnLine,48,27,1-6(2015)
[54] 刘杰。;Ozay,N。;托普库,美国。;Murray,R.M.,《从时序逻辑规范合成反应式交换协议》,IEEE Trans。自动化。控制,58,1771-1785(2013)·Zbl 1369.93307号
[55] N.Ozay,J.Liu,P.Prabhakar,R.M.Murray,计算增广有限转换系统以合成多项式交换系统的交换协议,摘自:Proc。美国控制会议,2013年,第6237-6244页。
[56] Bemporad,A。;Morari,M.,《鲁棒模型预测控制:一项调查》(Robust model predictive control:A survey),(Robustness in Identification and control(1999),Springer),207-226·Zbl 0979.93518号
[57] D.Q.梅恩。;Raković,S.,约束分段仿射离散时间系统的模型预测控制,国际。J.鲁棒非线性控制,13,3-4,261-279(2003)·Zbl 1043.93024号
[58] 阿莱西奥,A。;Bempoad,A.,显式模型预测控制的调查,(Magni,L.;Raimondo,D.M.;Allgöwer,F.,《非线性模型预测控制:迈向新的挑战性应用》(2009),Springer),345-369·Zbl 1195.93048号
[59] 卡马乔,E。;拉米雷斯,D。;利蒙,D。;de la Peña,D.M。;Alamo,T.,混合系统的模型预测控制技术,年度。版本控制,34,1,21-31(2010)
[60] M.Mukai,T.Azuma,M.Fujita,基于约束正不变量的分段线性系统鲁棒滚动时域控制,in:Proc。《美国管制会议》,第3卷,2002年,第2348-2353页。
[61] E.C.Kerrigan,D.Q.Mayne,带有界扰动的约束分段仿射系统的最优控制,in:Proc。第41届IEEE决策与控制会议,2002年,第1552-1557页。
[62] I.Necoara,B.De Schutter,T.J.van den Boom,J.Hellendorn,带界扰动的扰动连续分段仿射系统的模型预测控制,in:Proc。第43届IEEE决策与控制会议,2004年,第1848-1853页。
[63] 邹永明,李春生,具有有界加性扰动的分段线性系统的鲁棒约束模型预测控制,in:Proc。IEEE决策与控制会议,2009年,第6339-6344页。
[64] D.Q.梅恩。;塞隆,M.M。;Raković,S.V.,具有有界扰动的约束线性系统的鲁棒模型预测控制,Automatica,41,2219-224(2005)·Zbl 1066.93015号
[65] 哈里普拉萨德,K。;Bhartiya,S.,线性切换系统的基于管的MPC计算效率高,非线性分析。混合系统。,19, 60-76 (2016) ·Zbl 1329.93063号
[66] 加西米,M.S。;Afzalian,A.A.,带有界加性扰动的约束分段仿射系统的基于管的鲁棒MPC,非线性分析。混合系统。,26, 86-100 (2017) ·兹比尔1373.93114
[67] B.Schürmann,M.Althoff,发电机空间中使用基于集的最优控制保证受扰非线性系统的约束,in:Proc。国际自动控制联合会第20届世界大会,2017年,第12020-12027页。
[68] Ziegler,G.M.,《关于多领域的讲座》,第152卷(2012年),施普林格科学与商业媒体
[69] Dantzig,G.B。;Thapa,M.N.,《线性规划1:导论》(2006),施普林格出版社
[70] 格兰特,M。;博伊德,S。;Ye,Y.,《约束凸规划》(Global Optimization:From Theory to Implementation,2006),施普林格出版社,155-210·兹比尔1130.90382
[71] A.-K.Kopetzki,B.Schürmann,M.Althoff,zonotopes的降阶方法,摘自:Proc。第56届IEEE决策与控制会议,2017年,第5626-5633页。
[72] P.M.Vaidya,一种需要(O((M+n)n^2+(M+n)^{1.5}n)L)算术运算的线性规划算法,in:Proc。计算理论年度研讨会,1987年,第29-38页。
[73] B.Schürmann,A.El-Guindy,M.Althoff,凸组合的闭式表达式,收录于:美国控制会议,2016年,第2795-2801页。
[74] Goulart,P.J。;科里根,E.C。;Maciejowski,J.M.,带约束的鲁棒控制的状态反馈策略优化,Automatica,42523-533(2006)·兹比尔1102.93017
[75] Johansson,K.H.,《四罐过程:具有可调零点的多变量实验室过程》,IEEE Trans。控制系统。技术。,8, 3, 456-465 (2000)
[76] Althoff,M.,可达性分析及其在自动汽车安全评估中的应用(2010),慕尼黑理工大学(博士论文)
[77] 格兰特,M。;Boyd,S.,CVX:用于严格凸规划的Matlab软件,2.1版(2014),http://cvxr.com/cvx
[78] Toh,K.C。;托德,M.J。;TüTüncü,R.H.,SDPT3-用于半定编程的Matlab软件包,1.3版,Optim。方法软件。,11, 1-4, 545-581 (1999) ·Zbl 0997.90060号
[79] M.Althoff,CORA 2015简介,摘自:Proc。《连续和混合系统应用验证研讨会》,2015年,第120-151页。
[80] Mazo,M。;Davidian,A。;Tabuada,P.,《PESSOA:嵌入式控制器综合工具》,(计算机辅助验证(2010),Springer),566-569
[81] R.M.Vignali,D.Ioli,M.Prandini,分段仿射系统随机约束控制的数据驱动方法,摘自:Proc。2018年美国控制会议,第1424-1429页。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。