Design of of model-based controllers via parametric programming

Imperial Users onl

Decentralized model predictive control of urban drainage systems

This thesis applies a modeling method proposed by previous literature to a specific example and develops control techniques based on this model. The inherent nonlinear behaviors of the drainage systems were accommodated by introducing binary variables and linear inequalities to merge different modes of operation into a single expression. The objective function is constituted by 3 cost functions considering several priorities. Except the normal objective of minimizing overflows, we present two methods of reducing operation costs by harvesting rain power and energy from rainfall collecting locales. Pressure forebay regulates water with large potential energy and generates electricity as the water is directed through hydraulic pumps. Surface aqueduct collects water with high kinetic energy and pushes water through spiral case to generate electricity. Locations with these devices installed induce lower operation cost and thus have higher priorities to be utilized. Once we formulate the water management problem as an optimization problem with specified constraints, we can apply Model Predictive Control (MPC) to compensate for modeling errors and prediction inaccuracies. As we regularly update system states and disturbances information, we achieve our goal of applying real time control to drainage systems. As the system size grows, the system is partitioned into several subsections and each one of them forms a subsystem which makes local decisions based on partial information. The performance of different partition schemes was compared against centralized MPC and open loop controllers. It was shown that even decentralized controllers may suffer performance loss, the computation time was significantly reduced compared with centralized controllers. In rain scenarios with large intensity, the performance loss of decentralized controllers is insignificant compared with the advantage gained by computation time reduced

Uma contribuição ao controle de sistemas comutados

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009Esta tese apresenta diversos aspectos relacionados com a modelagem, analise e controle de uma classe particular de sistemas hibridos, os sistemas comutados, e em particular a dos conversores de potencia. No capitulo 2 se introduz o conceito de Sistemas Hibridos, sistemas que apresentam dinamicas discretas e continuas ao mesmo tempo, e onde podem co-existir variaveis reais e discretas como por exemplo variaveis binarias. Tambem duas abordagens para realizar a modelagem destes sistemas são apresentadas, os sistemas por partes (Piece Wise Ans Systems - PWA) e os sistemas mistos logicos dinamicos (Mixed Logical Dynamical Systems -MLD). Ambas as ferramentas sao usadas para modelar um con-versor de potencia de corrente continua em corrente continua (CC-CC), o conversor Buck-Boost (CBB), que e o caso de estudo desta tese. No capitulo 3 se analisa a estabilidade de sistemas comutados autonomos lineares onde o sinal de comutaçao e um sinal arbitrantes de estabilidade baseadas nos conceitos de Raio Espectral Generalizado (Generalized Spectral Radius -GSR) e Raio Espectral Conjunto (Joint Spectral Radius - JSR). Mostra-se que o calculo do JSR e um problema computacionalmente complexo, o que limita a aplicacao desta ferramenta. Neste mesmo capitulo se obtem uma condicao sufciente de estabilidade atraves da funcao quadratica comum de Lyapunov (Common Quadratic Lyapunov Function - CQLF), a qual permite testar a estabilidade do sistema comutado de uma forma simples mas bastante conservadora. Finalmente se estuda uma solucao intermediaria entre os resultados conservadores da CQLF, e os menos conservadores, como o JSR, mas numericamente complexos. Esta solucao e obtida atraves da funcao quadratica comutada de Lyapunov (Switching Quadratic Lyapunov Function - SQLF). No capitulo 4 se desenvolvem aspectos teoricos e praticos, dos sistemas comutados. Estudam-se duas abordagens diferentes, a primeira e o controle preditivo misto inteiro (CPMI), que se aplica a sistemas MLD e permite realizar o projeto da lei de controle de uma forma sistematica. A segunda abordagem, que pode ser aplicada a sistemas hibridos nao-lineares, e o controle preditivo nao-linear hibrido (CPBMNL-Hibrido). Ambas as estrategias exemplicam-se atraves de sua aplicacao ao CBB. Finalmente no capitulo 5 se desenvolvem aspectos teoricos relacionados com o Projeto Integrado de Processos e Controle, e realizam-se dois estudos de caso para mostrar a importancia da metodologia no projeto de controle e conversores de potencia CC-CC. Em ambos os casos se mostram as vantagens da utilizacao do metodo com o fim de obter um sistema em malha fechada com uma performance otimizada, assim como a flexibilidade que mostra esta metodologia quando desejamos projetar um conversor para trabalhar numa certa faixa de operacao

On the optimal control law for linear discrete time hybrid systems

In this paper we study the solution to optimal control problems for discrete time linear hybrid systems. First, we prove that the closed form of the state-feedback solution to finite time optimal control based on quadratic or linear norms performance criteria is a time-varying piecewise afine feedback control law. Then, we give an insight into the structure of the optimal state-feedback solution and of the value function. Finally, we briefly describe how the optimal control law can be computed by means of multiparametric programming