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显式模型预测控制的可达分区点定位算法

张聚  胡标标  谢作樟  龚俊强  
【摘要】:显式模型预测控制(explicit model predictive control,EMPC)避免了传统的模型预测控制中最为繁琐的反复在线优化过程.显式模型预测控制系统分为离线计算获得每个分区上控制律和在线查找控制律这两个不同阶段.离线计算阶段通过多参数二次规划(multi-parametric quadratic program,mp-QP)对系统状态空间进行凸划分,并计算得到系统在每个状态分区上的分段仿射(piece-wise affine,PWA)控制律;在线计算阶段通过查表确定系统当前状态所在的分区(即进行点定位运算)从而直接得到相应的控制律.研究工作在于如何快速确定系统当前状态所在的分区,属于在线计算过程范畴.文章在离线计算所得的状态分区数据基础上,根据可达域的思想,设计可达分区点定位算法使在线计算时搜索范围大幅减少,从而显著降低在线计算所需时间,提高EMPC系统的实时性.通过两个仿真实验将可达分区算法与直接查找法相互对比,证明可达分区算法的优势.作为一个应用例子,将文章显式模型预测控制可达分区点定位算法用于直流无刷电机显式模型预测控制,表明所用方法的有效性.

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