3.1  混杂系统描述语言HYSDEL 8

3.2  混合逻辑动态模型MLD简述 9

3.3  三容水箱混杂系统MLD模型的建立 16

3.4  本章小结 22

4  基于MLD模型三容水箱混杂系统的预测控制 23

4.1  预测控制简述 23

4.2  基于MLD三容水箱混杂系统的预测控器制设计 27

4.3  本章小结 27

5  三容水箱混杂系统仿真 28

5.1  系统仿真 28

5.2  本章小结 37

总结 37

致谢 39

参考文献 40

1  绪论

1.1  混杂系统基本概念

1.1.1  混杂系统的定义及结构

混杂系统自提出以来一直备受关注，到目前为止，混杂系统的定义多种多样。从宏观上说，混杂系统是同时具有几种类型状态变量，这些变量来自不同标度层次(如宏观、微观层次)的，而且其中至少一类变量受到另一类变量调制，但是前者对后者不可约化；从控制理论上说，混杂系统是指离散事件系统和连续变量动态系统相互组合、相互影响和相互作用的系统 [1]。还有一种混杂系统的定义，即：混杂系统是介于控制理论和计算机科学之间的研究对象，控制理论主要研究的是连续变化系统，而计算机科学侧重于离散系统的研究。虽然定义上有所不同，但它们之间仍有共同点:混杂系统是由控制理论和计算机科学相互交叉形成的,包含了连续系统和离散系统,它们相互作用,相互融合,形成了复杂的混杂系统[4]。本文所研究的混杂系统是指由连续变量动态系统和离散事件动态系统相互混杂、相互作用而形成的统一的具有动态特性的系统。

图1.1描述了混杂系统的基本结构。混杂系统分为两个部分：上层部分是由逻辑组件所组成的管理控制系统，下层部分是由连续动态组件构成的系统本身。两者之间通过逻辑/模拟或者模拟/逻辑进行连接与转化。

图1.1 混杂系统的基本结构

1.1.2  混杂系统的研究内容

总体来说，混杂系统研究主要有以下几个方面,即混杂系统建模及解的存在性分析、混杂系统稳定性及系统分析和混杂系统的优化控制。

(1)混杂系统建模及解的存在性分析

由于混杂系统的系统复杂性、应用广泛性和问题多样性，因此不能用单一的通用模型来表示。在这个问题上，研究学者们提出了很多建模的方法，如Sontag等人提出的分段仿射（PWA）模型；Bemporad等人提出的混合逻辑动态（MLD）模型；Bemporad等人提出的软件模型（HYSDEL语言）等。一般来说，各种模型之间可以相互转化。混杂动态模型应满足建模的基本要求，即:所建立的系统模型必须准确的描述系统中的离散动态特性和连续动态特性，并能够表示两者关系；所建立的混杂系统模型必须能够解决系统所关心的问题，如系统状态估计、性能分析、故障检测与诊断和优化控制器设计等[15]。目前的混杂系统动态模型主要有：自动机模型、层次结构模型、Petri网模型、混合逻辑动态模型（MLD）及切换系统模型。下面对各个模型作介绍。