دوره 16، شماره 3 - ( مجله کنترل، جلد 16، شماره 3، پاییز 1401 )
جلد 16 شماره 3,1401 صفحات 46-35 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Bitarafan M, Ramezani A. Hybrid model predictive control of a nonlinear three-tank system based on the proposed compact form of piecewise affine model. JoC 2022; 16 (3) :35-46
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-900-fa.html
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-900-fa.html
بیطرفان محمد، رمضانی امین. کنترل پیش‌بین هیبریدی سیستم سه مخزن غیرخطی مبتنی بر مدل تکه‌ای آفین به فرم بسته پیشنهادی. مجله کنترل. 1401; 16 (3) :35-46
محمد بیطرفان1 
، امین رمضانی*1
، امین رمضانی*1
1- دانشکده مهندسی برق، گروه کنترل، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده: (4848 مشاهده)
در این مقاله یک کنترل‌کننده پیش‌بین مبتنی بر مدل هیبرید پیشنهادی جهت کنترل ارتفاع سیال در سیستم سه مخزن دارای دینامیک‌های غیرخطی که مود عملکردی آن وابسته به مقدار لحظه‌ای حالت‌های سیستم است، طراحی شده است. استفاده از مدل هیبرید غیرخطی در کنترل پیش‌بین منجر به یک مساله برنامه‌نویسی صحیح ترکیبی غیرخطی می‌شود که حل آن بسیار پیچیده و زمان‌بر است. یکی از روش‌های حل این مساله، تقریب معادلات غیرخطی با عبارت خطی و یا تکه‌ای آفین می‌باشد. تقریب خطی اغلب خطای زیادی در محاسبه حالت‌ها و مودهای عملکردی سیستم داشته و تقریب تکه‌ای آفین خطای کمتر از تقریب خطی ایجاد می‌کند اما بار محاسباتی آن بسیار بیشتر است. در این پژوهش با هدف کاهش حجم محاسبات، یک فرم بسته برای معادلات تکه‌ای آفین سیستم سه مخزن در هر یک از مودها بدست آورده شده است. سیستم بدست آمده یک سیستم تکه‌ای آفین است که هر مود با یک عبارت تکه‌ای آفین توصیف می‌شود. کنترل پیش‌بین این سیستم یک مساله برنامه‌نویسی صحیح ترکیبی خطی است که توسط حل‌گر‌های متداول قابل حل می‌باشد. به منظور ارزیابی عملکرد کنترل پیش‌بین طراحی شده و امکان استفاده از آن به صورت برخط، دنباله ورودی بهینه کنترل با استفاده از حل‌گر تجاری MOSEK در محیطMPT محاسبه و در هر زمان نمونه برداری فقط اولین عضو دنباله به سیستم سه مخزن با دینامیک‌های دقیق در Simulink/Stateflow اعمال شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که کنترل‌کننده پیشنهادی ردیابی را به درستی انجام داده است و قیود روی حالت‌های سیستم نیز برآورده شده است.
واژه‌های کلیدی: کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل، سیستم هیبرید، سیستم سه مخزن، تقریب تکه ای آفین، سیستم دینامیکی منطقی ترکیبی
نوع مطالعه: پژوهشي |
موضوع مقاله:
تخصصي
دریافت: 1400/6/27 | پذیرش: 1401/2/21 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1401/3/2
دریافت: 1400/6/27 | پذیرش: 1401/2/21 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1401/3/2
فهرست منابع
1. [1] Andersen ED and Andersen KD (2000) The mosek interior point optimizer for linear programming: an implementation of the homogeneous algorithm. In: High performance optimization. Springer, pp. 197-232. [DOI:10.1007/978-1-4757-3216-0_8]
2. [2] Bemporad A, Mignone D and Morari M (1999) Moving horizon estimation for hybrid systems and fault detection. In: Proceedings of the 1999 American Control Conference (Cat. No. 99CH36251), volume 4. IEEE, pp. 2471-2475.
3. [3] Bemporad A and Morari M (1999) Control of systems integrating logic, dynamics, and constraints. Automatica 35(3): 407-427. [DOI:10.1016/S0005-1098(98)00178-2]
4. [4] Blanke M, Kinnaert M, Lunze J, Staroswiecki M and Schr¨oder J (2006) Diagnosis and fault-tolerant control, volume 2. Springer.
5. [5] B¨ohme TJ and Frank B (2017) Hybrid systems, optimal control and hybrid vehicles. Cham, CH: Springer International. [DOI:10.1007/978-3-319-51317-1]
6. [6] Camacho EF and Alba CB (2013) Model predictive control. Springer science & business media.
7. [7] Camacho EF, Ram'ırez DR, Lim'on D, De La Pe˜na DM and Alamo T (2010) Model predictive control techniques for hybrid systems. Annual reviews in control 34(1): 21-31. [DOI:10.1016/j.arcontrol.2010.02.002]
8. [8] Farias AO, Queiroz GAC, Bessa IV, Medeiros RLP, Cordeiro LC and Palhares RM (2018) Sim3tanks: a benchmark model simulator for process control and monitoring. IEEE Access 6: 62234-62254. [DOI:10.1109/ACCESS.2018.2874752]
9. [9] Geyer T (2005) Low complexity model predictive control in power electronics and power systems. Cuvillier Verlag.
10. [10] Hariprasad K and Bhartiya S (2016) A computationally efficient robust tube based mpc for linear switched systems. Nonlinear Analysis: Hybrid Systems 19: 60-76. [DOI:10.1016/j.nahs.2015.07.002]
11. [11] Heemels WP, De Schutter B and Bemporad A (2001) Equivalence of hybrid dynamical models. Automatica 37(7): 1085-1091. [DOI:10.1016/S0005-1098(01)00059-0]
12. [12] Heiming B and Lunze J (1999) Definition of the three-tank benchmark problem for controller reconfiguration. In: 1999 European Control Conference (ECC). IEEE, pp. 4030-4034. [DOI:10.23919/ECC.1999.7099963]
13. [13] Ingole, D., Drgoˇna, J., and Kvasnica, M. (2017) Offset-free hybrid model predictive control of bispectral index in anesthesia. In: 2017 21st International Conference on Process Control (PC), IEEE, pp. 422-427. [DOI:10.1109/PC.2017.7976251]
14. [14] Kvasnica M, Grieder P and Baoti'c M (2004a) Multi-Parametric Toolbox (MPT). URL http://control.ee.ethz.ch/˜MPT/. [DOI:10.1007/978-3-540-24743-2_30]
15. [15] Kvasnica M, Grieder P, Baoti'c M and Morari M (2004b) Multiparametric toolbox (MPT). In: International workshop on hybrid systems: Computation and control. Springer, pp. 448-462. [DOI:10.1007/978-3-540-24743-2_30]
16. [16] Lazar M (2006) Model predictive control of hybrid systems: stability and robustness. PhD Thesis, Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven DOI: 10.6100/IR612103.
17. [17] Lunze J and Lamnabhi-Lagarrigue F (2009) Handbook of hybrid systems control: theory, tools, applications. Cambridge University Press. [DOI:10.1017/CBO9780511807930]
18. [18] Mattone R and De Luca A (2006) Nonlinear fault detection and isolation in a three-tank heating system. IEEE Transactions on Control Systems Technology 14(6): 1158-1166. [DOI:10.1109/TCST.2006.880221]
19. [19] Mignone D (2002) Control and estimation of hybrid systems with mathematical optimization. PhD Thesis, ETH Zurich.
20. [20] Nandola NN and Bhartiya S (2008) A multiple model approach for predictive control of nonlinear hybrid systems. Journal of process control 18(2): 131-148. [DOI:10.1016/j.jprocont.2007.07.003]
21. [21] Sarailoo M, Rezaie B and Rahmani Z (2014) 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 228(6): 369-384. [DOI:10.1177/0959651814524948]
22. [22] Sathishkumar K, Kirubakaran V and Radhakrishnan T (2018) Real time modeling and control of three tank hybrid system, Chemical Product and Process Modeling 13(1). [DOI:10.1515/cppm-2017-0016]
23. [23] Siavash, M., Sheikholeslam, F., Askari, J., & Hajshirmohammadi, S. (2015). Asynchronous control and stabilization of linear switched systems with unstabilizable subsystems by average dwell time approach, Journal of Control, vol. 9, no. 2, pp. 59-69.
24. [24] Sontag E (1981) Nonlinear regulation: The piecewise linear approach. IEEE Transactions on automatic control 26(2): 346-358. [DOI:10.1109/TAC.1981.1102596]
25. [25] Sz˝ucs A, Kvasnica M and Fikar M (2012) Optimal piecewise affine approximations of nonlinear functions obtained from measurements. IFAC Proceedings Volumes 45(9): 160-165. [DOI:10.3182/20120606-3-NL-3011.00061]
26. [26] Thomas J, Dumur D, Buisson J and Gu'eguen H (2006) Model predictive control for hybrid systems under a state partition based mld approach (spmld). In: Informatics in Control, Automation and Robotics I. Springer, pp. 217-224. [DOI:10.1007/1-4020-4543-3_26]
27. [27] Torrisi FD and Bemporad A (2004) Hysdel-a tool for generating computational hybrid models for analysis and synthesis problems. IEEE transactions on control systems technology 12(2): 235-249. [DOI:10.1109/TCST.2004.824309]
28. [28] Yang H, Jiang B and Cocquempot V (2010) Fault tolerant control and hybrid systems. In: Fault Tolerant Control Design for Hybrid Systems. Springer, pp. 1-9. [DOI:10.1007/978-3-642-10681-1_1]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
