- Číslo projektu:
- LPP-0092-07
- Názov projektu:
- Prediktívne riadenie hybridných systémov
- Typ projektu:
- Výskumné projekty APVV
- Začiatok projektu:
- 01.01.2008
- Koniec projektu:
- 31.12.2011
- Zodpovedný riešiteľ:
- Miroslav Fikar
- Riešitelia:
- Michal Kvasnica
Čas riešenia
2008-2011
Abstrakt
Postdoktorandský projekt je zameraný na výskum v oblasti modelovania a prediktívneho riadenia hybridných systémov. Hybridné systémy sú systémy, ktoré kombinujú elementy spojitej dynamiky s diskrétnou logikou. Hlavným problémom tvorby modelov hybridných systémov je ich zložitosť. Preto sa projekt sústredí na tvorbu efektívneho modelovacieho jazyka pre popis hybridných systémov. Uvedený jazyk bude umožňovať definíciu kompozičných hybridných systémov, ktoré sa skladajú z viacerých navzájom prepojených modelov. Riadenie hybridných systémov sa najčastejšie realizuje pomocou prediktívneho riadenia s modelom (MPC). Táto metóda je založená na riešení optimalizačného problému, pričom sa berú do úvahy obmedzenia. Model riadeného systému sa využíva na tvorbu predikcií, ktoré umožňujú regulátoru "vidieť" do budúcnosti a optimalizovať akčné zásahy tak, aby bol dosiahnutý daný ciel. Keďže MPC vyžaduje opakované riešenie optimalizačného problému v každej perióde vzorkovania, je táto metóda vhodná iba pre pomalé procesy. Aby sme rozšírili aplikovateľnosť MPC aj pre rýchle systémy, použijeme princíp parametrických riešení MPC problémov. V tomto prístupe sa daný MPC problém vyrieši naraz pre všetky prípustné hodnoty počiatočných podmienok. Výsledné riešenie získava podobu vyhľadávacej tabuľky, ktorá sa dá aplikovať v reálnom čase aj na rýchle procesy.
Ciele
Projekt si kladie za cieľ rozšírenie poznatkov o parametrických riešeniach MPC problémov pre triedu hybridných systémov. Toto zahŕňa jednak tvorbu nových algoritmov vedúcich k návrhu robustných regulátorov, ako i vytvorenie metód pre odhad stavu hybridných systémov. Projekt sa tiež zameria na nové prístupy k modelovaniu kompozičných hybridných systémov. Výsledkom projektu bude softwarový nástroj poskytujúci tieto algoritmy širokej škále používateľov.
Kód projektu
LPP-0092-07
Riešitelia
M. Fikar, M. Kvasnica
Publikácie
2012
- M. Kvasnica – M. Fikar: Clipping-Based Complexity Reduction in Explicit MPC. IEEE Transactions on Automatic Control, č. 7, zv. 57, str. 1878–1883, 2012.
2011
- M. Kvasnica: Multi-Parametric Toolbox, V Selected Topics on Constrained and Nonlinear Control. Workbook, STU Bratislava - NTNU Trondheim, str. 101–170, 2011.
- M. Kvasnica – M. Fikar – Ľ. Čirka – M. Herceg: Complexity Reduction in Explicit Model Predictive Control, V Selected Topics on Constrained and Nonlinear Control. Textbook, STU Bratislava - NTNU Trondheim, str. 241–288, 2011.
- M. Kvasnica – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Explicit Minimum-Time Controllers for Fuzzy Systems. V Selected Topics on Constrained and Nonlinear Control. Preprints, STU Bratislava - NTNU Trondheim, str. 287–292, 2011.
- M. Kvasnica – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Robust Explicit Time-Optimal Control of PWA Systems with Parametric Uncertainties. V Selected Topics on Constrained and Nonlinear Control. Preprints, STU Bratislava - NTNU Trondheim, str. 295–300, 2011.
- M. Kvasnica – J. Löfberg – M. Fikar: Stabilizing polynomial approximation of explicit MPC. Automatica, č. 10, zv. 47, str. 2292–2297, 2011.
- M. Kvasnica – I. Rauová – M. Fikar: Real-Time Implementation of Model Predictive Control Using Automatic Code Generation. V Selected Topics on Constrained and Nonlinear Control. Preprints, STU Bratislava - NTNU Trondheim, str. 311–316, 2011.
- M. Kvasnica – I. Rauová – M. Fikar: Separation Functions used in Simplification of Explicit MPC Feedback Laws. V Selected Topics on Constrained and Nonlinear Control. Preprints, STU Bratislava - NTNU Trondheim, str. 303–308, 2011.
- M. Kvasnica – I. Rauová – M. Fikar: Simplification of Explicit MPC Feedback Laws via Separation Functions. V Preprints of the 18th IFAC World Congress Milano (Italy) August 28 - September 2, 2011, str. 5383–5388, 2011.
- M. Kvasnica – I. Rauová – Š. Gyurki – M. Fikar: Least Invasive Stabilizing Correction of Arbitrary Controllers, V Selected Topics in Modelling and Control, Editor(i): J. Mikleš, V. Veselý, Slovak University of Technology Press Bratislava, č. 7, str. 13–15, 2011.
- M. Kvasnica – A. Szűcs – M. Fikar: Automated Piecewise Affine Approximation of Nonlinear Systems. V Selected Topics on Constrained and Nonlinear Control. Preprints, STU Bratislava - NTNU Trondheim, str. 319–326, 2011.
- M. Kvasnica – A. Szűcs – M. Fikar: Automatic Derivation of Optimal Piecewise Affine Approximations of Nonlinear Systems. V Preprints of the 18th IFAC World Congress Milano (Italy) August 28 - September 2, 2011, str. 8675–8680, 2011.
- M. Paulovič – M. Kvasnica – A. Szűcs – M. Fikar: Safety Verification of Rule-Based Controllers. Editor(i): Fikar, M., Kvasnica. M., V Proceedings of the 18th International Conference on Process Control, Slovak University of Technology in Bratislava, Tatranská Lomnica, Slovakia, str. 278–283, 2011.
- I. Rauová – M. Kvasnica – M. Fikar: Separating Functions for Complexity Reduction of Explicit Model Predictive Control. Editor(i): Fikar, M., Kvasnica. M., V Proceedings of the 18th International Conference on Process Control, Slovak University of Technology in Bratislava, Tatranská Lomnica, Slovakia, str. 427–433, 2011.
- A. Szűcs – M. Kvasnica – M. Fikar: MATLAB Toolbox for Automatic Approximation of Nonlinear Functions. Editor(i): Fikar, M., Kvasnica. M., V Proceedings of the 18th International Conference on Process Control, Slovak University of Technology in Bratislava, Tatranská Lomnica, Slovakia, str. 119–124, 2011.
- A. Szűcs – M. Kvasnica – M. Fikar: Data Compression Techniques for Complexity Reduction in Explicit MPC, V Selected Topics in Modelling and Control, Editor(i): J. Mikleš, V. Veselý, Slovak University of Technology Press Bratislava, č. 7, str. 18–23, 2011.
- A. Szűcs – M. Kvasnica – M. Fikar: A Memory-Efficient Representation of Explicit MPC Solutions. V Proceedings of the 50th CDC and ECC, Orlando, Florida, str. 1916–1921, 2011.
2010
- M. Kvasnica – F. J. Christophersen – M. Herceg – M. Fikar: Polynomial Approximation of Closed-Form MPC for Piecewise Affine Systems, V Selected Topics in Modelling and Control, Editor(i): Mikleš, J., Veselý, V., Slovak University of Technology Press, zv. 6, str. 105–112, 2010.
- M. Kvasnica – M. Fikar: Performance-Lossless Complexity Reduction in Explicit MPC. 2010.
- M. Kvasnica – M. Fikar: Advances in Real-Time Model Predictive Control. V Proceedings of the 9th International Scientific - Technical Conference Process Control 2010, University of Pardubice, Kouty nad Desnou, Czech Republic, str. C012a-1–C012a-19, 2010.
- M. Kvasnica – M. Fikar: Design and Implementation of Model Predictive Control using Multi-Parametric Toolbox and YALMIP. V Proceedings of the 2010 IEEE International Symposium on Computer-Aided Control System Design, Yokohama, Japan, str. 999–1004, 2010.
- M. Kvasnica – M. Fikar: Performance-Lossless Complexity Reduction in Explicit MPC. V Proceedings of the 49th IEEE Conference on Decision and Control 2010, str. 5270–5275, 2010.
- M. Kvasnica – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Model predictive control of a CSTR: A hybrid modeling approach. Chemical papers, č. 3, zv. 64, str. 301–309, 2010.
- M. Kvasnica – J. Löfberg – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Low-Complexity Polynomial Approximation of Explicit MPC via Linear Programming. V Proceedings of the American Control Conference, Baltimore, USA, str. 4713–4718, 2010.
- M. Kvasnica – I. Rauová – M. Fikar: Real-time Implementation of MPC on Low-cost Hardware. V Proceedings of the 9th International Scientific - Technical Conference Process Control 2010, University of Pardubice, Kouty nad Desnou, Czech Republic, str. C116a-1–C116a-11, 2010.
- M. Kvasnica – I. Rauová – M. Fikar: Automatic Code Generation for Real-Time Implementation of Model Predictive Control. V Proceedings of the 2010 IEEE International Symposium on Computer-Aided Control System Design, Yokohama, Japan, str. 993–998, 2010.
- M. Kvasnica – A. Szűcs – M. Fikar: Optimization-Based Automatic Derivation of Hybrid Models. 2010.
2009
- M. Herceg – M. Kvasnica – M. Fikar: Parametric Approach to Nonlinear Model Predictive Control, V Nonlinear Model Predictive Control, Editor(i): Magni, L. and Raimondo, D. M. and Allgoewer, F., Springer Berlin / Heidelberg, str. 381–389, 2009.
- M. Herceg – M. Kvasnica – M. Fikar: Minimum-time predictive control of a servo engine with deadzone. Control Engineering Practice, č. 60, str. 1349–1357, 2009.
- M. Herceg – M. Kvasnica – M. Fikar – Ľ. Čirka: Real-Time Control of a Thermo-Optical Device Using Polynomial Approximation of MPC Scheme. Editor(i): Fikar, M., Kvasnica, M., V Proceedings of the 17th International Conference on Process Control ’09, Slovak University of Technology in Bratislava, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 332–340, 2009.
- M. Herceg – M. Kvasnica – M. Fikar – Ľ. Čirka: Real-time Control of a Thermo-Optical Device Using Polynomial Approximation of MPC Scheme. AT&P Journal Plus, č. 2, str. 36–42, 2009.
- M. Kvasnica: Real-Time Model Predictive Control via Multi-Parametric Programming: Theory and Tools, VDM Verlag, Saarbruecken, 2009.
- M. Kvasnica – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Time Optimal Control of Fuzzy Systems: a Parametric Programming Approach. V Proceedings of the 28th IASTED Conference on Modelling, Identification and Control, str. 640-805.pdf, 2009.
- M. Kvasnica – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Model Predictive Control of a CSTR. 2009.
- M. Kvasnica – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Time-Optimal Control of Takagi-Sugeno Fuzzy Systems. V Proceedings of the 10th European Control Conference, Budapest, Hungary, str. 916–921, 2009.
- M. Kvasnica – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Robust Adaptive Minimum-Time Control of Piecewise Affine Systems. V Proceedings of the 48th IEEE Conference on Decision and Control, str. 2454–2459, 2009.
- I. Rauová – M. Kvasnica – Ľ. Čirka – M. Fikar: Real-Time Model Predictive Control of a Laboratory Liquid Tanks System. Editor(i): Fikar, M., Kvasnica, M., V Proceedings of the 17th International Conference on Process Control ’09, Slovak University of Technology in Bratislava, Štrbské Pleso, Slovakia, str. 304–308, 2009.
2008
- M. Kvasnica – M. Herceg – Ľ. Čirka – M. Fikar: Adaptive Model Predictive Control of Piecewise Affine Systems. Editor(i): L. Magni, D. Raimondo, F. Allgoewer, V International Workshop on Assessment and Future Directions of Nonlinear Model Predictive Control, Pavia, Italy, str. PIV3-1–PIV3-8, 2008.
- I. Rauová – M. Kvasnica – Ľ. Čirka – M. Fikar: Real-Time Model Predictive Control of a Laboratory Liquid Tanks System. V Proceedings of the 16th Annual Conference Technical Computing Prague 2008, Kongresové centrum ČVUT Praha, str. 89–95, 2008.
Riešitelia