دوره 16، شماره 1 - ( مجله کنترل، جلد 16، شماره 1، بهار 1401 )                   جلد 16 شماره 1,1401 صفحات 11-1 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Zamani Behbahani M, Rahmani Z, Rezaie B. Designing a novel structure of explicit model predictive control with application in a buck converter system. JoC 2022; 16 (1) :1-11
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-758-fa.html
زمانی بهبهانی محمدرضا، رحمانی زهرا، رضایی بهروز. طراحی یک ساختار جدید در کنترل‌کننده مدل پیش‌بین صریح با کاربرد در سیستم مبدل باک. مجله کنترل 1401; 16 (1) :11-1

URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-758-fa.html


1- گروه کنترل، دانشگاه صنعتی توشیروانی بابل،ایران
2- گروه کنترل،دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی توشیروانی بابل، ایران
چکیده:   (2887 مشاهده)
در این مقاله، ساختار جدیدی از کنترل پیش‌بین برای سیستم‌های تکه‌ای افاین به عنوان کلاس خاصی از سیستم‌های هیبریدی مطرح شده است. به دلیل زمانبر بودن محاسبات آنلاین در مسأله بهینه‌سازی پیش‌بین و پیچیدگی محاسبات آن، ساختار صریح الگوریتم پیش‌بین به منظور کنترل مبدل باک در این مقاله استفاده شده است. چون کنترل پیش‌بین صریح به جای حل مکرر آنلاین مسأله بهینه‌سازی، فقط یکبار و بصورت آفلاین محاسبات بهینه‌سازی را انجام می‌دهد، برای سیستم‌های هیبریدی با دینامیک‌های سریع مناسب است. در واقع در این الگوریتم به جای استفاده از درایه اول بردار ورودی کنترلی ، از تمامی درایه‌های آن به صورت وزندار برای به روزرسانی قانون کنترل استفاده می‌شود. برخلاف الگوریتم پیش‌بین صریح متداول که فقط از یک درایه از بردار ورودی کنترلی بهینه استفاده می‌کند، کنترل پیش‌بین صریح پیشنهادی از تمام درایه‌های بردار ورودی کنترلی بهینه به همراه ضرایب وزنی بهینه استفاده می‌کند. الگوریتم پیش‌بین صریح پیشنهادی در هر مرحله، دو مسأله بهینه‌سازی به صورت مجزا حل می‌کند. مسأله اول، مربوط به حل مسأله بهینه‌سازی پیش‌بین صریح است و مسأله بهینه‌سازی دوم مربوط به یافتن ضرایب وزنی بهینه در جهت کاهش مقدار سیگنال خطا در هر مرحله از الگوریتم می‌باشد. همگرایی روش پیش‌بین صریح پیشنهادی به سمت مقادیر موردنظر در این مقاله اثبات شده و نتایج شبیه‌سازی، برتری روش پیش‌بین صریح پیشنهادی را نسبت به پیش‌بین صریح متداول به شرط تنظیم مناسب ضرایب وزنی الگوریتم و انتخاب مناسب افق‌های کنترلی را نشان داده است.
متن کامل [PDF 700 kb]   (223 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: تخصصي
دریافت: 1399/2/10 | پذیرش: 1400/2/30 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1400/5/23 | انتشار: 1401/3/10

فهرست منابع
1. [1] T.A. Johansen, J. Kalkkuhl, J. L¨udemann, and I. Petersen, "Hybrid control strategies in ABS," In American Control Conference, Arlington, Virginia, pp. 1704-1705, 2001. [DOI:10.1109/ACC.2001.945974]
2. [2] A. Bemporad, P. Borodani, and M. Mannelli. "Hybrid control of an automotive robotized gearbox for reduction of consumptions and emissions," in Lecture Notes in Computer Science, pp. 81-96. Springer-Verlag, 2003. [DOI:10.1007/3-540-36580-X_9]
3. [3] M. Sarailoo, Z. Rahmani and B. Rezaie, "Modeling of three-tank system with nonlinear valves based on hybrid system approach", Journal of control engineering and technology, vol. 3, no. 1, pp. 20-23, 2013.
4. [4] R. Alur, et al., "The algorithmic analysis of hybrid systems". Theoretical and Computer Science, vol. 138, pp. 3-34, 1995. [DOI:10.1016/0304-3975(94)00202-T]
5. [5] P. M. H. Heemels, B. De Schutter, and A. Bemporad, "Equivalence of hybrid dynamical models," Automatica, vol. 37, pp. 1085-1091, 2001. [DOI:10.1016/S0005-1098(01)00059-0]
6. [6] M .Sarailoo, B. Rezaie and Z. Rahmani, Fuzzy predictive control of three-tank system based on a modeling framework of hybrid systems, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, vol. 228, no. 6, pp. 369-384, 2014. [DOI:10.1177/0959651814524948]
7. [7] M. Zamani Behbahani, R. Mahboobi Esfanjani and M. Hejri, "Design of switching rule for Buck converters using explicit predictive control," The 6th Power Electronics, Drive Systems & Technologies Conference (PEDSTC2015), Tehran, pp. 486-491, 2015. [DOI:10.1109/PEDSTC.2015.7093323]
8. [8] M. R. Zamani, Z. Rahmani and B. Rezaie, "A Controller Design based on Iterative Learning method and Model Predictive Control for a nonlinear process system," 2019 6th International Conference on Control, Instrumentation and Automation (ICCIA), Sanandaj, Iran, pp. 1-7, 2019.
9. [9] J. A Rossiter. "Model-Based Predictive Control: A Practical Approach," CRC Press, 2003.
10. [10] EN. Pistikopoulos, V. Dua, "On-line optimization via off-line parametric optimization tools," Computers and Chemical Engineering, vol. 26, pp. 175-185, 2002. [DOI:10.1016/S0098-1354(01)00739-6]
11. [11] M. Herceg, "Real-Time Explicit Model Predictive Control of Processes," Dissertation Thesis, Slovak University of Technology in Bratislava, 2001.
12. [12] O. Stanojev, U. Markovic, P. Aristidou, et al., "MPC-Based Fast Frequency Control of Voltage Source Converters in Low-Inertia Power Systems," arXiv preprint arXiv:2004.02442, 2020. URL https://arxiv.org/abs/2004.02442.
13. [13] J. Chen, Y. Chen, L. Tong, et al., "A Back-Propagation Neutral Network based Explicit Model Predictive Control for DC-DC converters with High Switching Frequency," IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2020. [DOI:10.1109/JESTPE.2020.2968475]
14. [14] K. Kiš and M. Klaučo , "Neural Network Based Explicit MPC for Chemical Reactor Control," arXiv preprint arXiv:1912.04684, 2019. URL https://arxiv.org/abs/1912.04684 [DOI:10.2478/acs-2019-0030]
15. [15] M. Sarailoo, Z. Rahmani and B. Rezaie, "Fuzzy predictive control of a boiler-turbine system based on a hybrid model system", Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 53, no. 6, pp. 2362-2381, 2014. [DOI:10.1021/ie402649u]
16. [16] Y. Chen and M. Lazar, "An Efficient MPC Algorithm for Switched Nonlinear Systems with Minimum Dwell Time Constraints," arXiv preprint arXiv:2002.09658, 2020. URL https://arxiv.org/abs/2002.09658.
17. [17] L. Wang, Q. H. Wu, YK. Tao, et al., "Switching Control of Buck Converter Based on Energy Conservation Principle," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 24, pp. 1779-1787, 2016. [DOI:10.1109/TCST.2015.2505625]
18. [18] EF. Camacho, DR. Ramirez, D. Limon, et al., "Model predictive control techniques for hybrid systems," Annual Reviews in Control, vol. 34, pp. 21-31,2010. [DOI:10.1016/j.arcontrol.2010.02.002]
19. [19] T. Marcucci and R. Tedrake, "Mixed-integer formulations for optimal control of piecewise-affine systems," Proceedings of the 22nd ACM International Conference on Hybrid Systems: Computation and Control. Montreal, Quebec, Canada: Association for Computing Machinery, pp. 230-239, 2019. [DOI:10.1145/3302504.3311801]
20. [20] P. Petsagkourakis, WP. Heath and C. Theodoropoulos, "Stability analysis of piecewise affine systems with multi-model predictive control," Automatica 111: 108539, 2020. URL http://arxiv.org/abs/1808.00307. [DOI:10.1016/j.automatica.2019.108539]
21. [21] M. R. Zamani, Z. Rahmani and B. Rezaie, "A novel model predictive control strategy for constrained and unconstrained systems in presence of disturbance," IMA Journal of Mathematical Control and Information, vol. 37, pp. 208-225, 2020. [DOI:10.1093/imamci/dny046]
22. [22] M. Hejri and A. Giua. "Hybrid modeling and control of switching DC-DC converters via MLD systems," Automation Science and Engineering (CASE), Trieste, Italy, pp. 714-19, 2011. [DOI:10.1109/CASE.2011.6042522]
23. [23] R. Alur, C. Courcoubetis, N. Halbwachs, T. Henzinger, P.-H. Ho, X. Nicollin, A. Oliveiro, J. Sifakis, and S. Yovine. "The algorithmic analysis of hybrid systems". Theoretical and Computer Science, vol. 138, 3-34, 1995. [DOI:10.1016/0304-3975(94)00202-T]
24. [24] A. Bemporad and M. Morari. "Control of systems integrating logic, dynamics, and constraints". Automatica, vol. 35, 407-427, 1999. [DOI:10.1016/S0005-1098(98)00178-2]
25. [25] W. P. M. H. Heemels, J. M. Schumacher, and S. Weiland. "Linear complementarity systems". SIAM J. Appl. Math., vol. 60, 1234-1269, 2000. [DOI:10.1137/S0036139997325199]
26. [26] J. Hätönen. "Issues of algebra and optimality in iterative learning control," Ph.D. dissertation, Dept. Process Environ. Eng., Univ. Oulu, Oulu, Finland 2004.
27. [27] P. TøNdel, T. A. Johansen, A. Bemporad, "An algorithm for multi-parametric quadratic programming and explicit MPC solutions," Automatica, vol. 39, pp. 489-497, 2003. [DOI:10.1016/S0005-1098(02)00250-9]
28. [28] A. Bemporad and M. Morari. "Control of systems integrating logic, dynamics, and constraints," Automatica, vol. 35, pp. 407-427, 1999. [DOI:10.1016/S0005-1098(98)00178-2]
29. [29] M. R. Zamani, Z. Rahmani and B. Rezaie, "A novel model predictive control for a piecewise affine class of hybrid system with repetitive disturbance," ISA Transactions, vol. 108, pp. 18-34, 2021. [DOI:10.1016/j.isatra.2020.08.023]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به مجله کنترل می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2022 CC BY-NC 4.0 | Journal of Control

Designed & Developed by : Yektaweb