International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.3
no.3
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pp.502-507
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2005
The dual-mode strategy has been adopted in many constrained MPC (Model Predictive Control) methods. The size of stabilizable regions of states of MPC methods depends on the size of underlying feasible and positively invariant sets and the number of control moves. The results, however, may perhaps be conservative because the definition of positive invariance does not allow temporal departure of states from the set. In this paper, a concept of periodic invariance is introduced in which states are allowed to leave a set temporarily but return into the set in finite time steps. The periodic invariance can be defined with respect to sets of different state feedback gains. These facts make it possible for the periodically invariant sets to be considerably larger than ordinary invariant sets. The periodic invariance can be defined for systems with polyhedral model uncertainties. We derive a MPC method based on these periodically invariant sets. Some numerical examples are given to show that the use of periodic invariance yields considerably larger stabilizable sets than the case of using ordinary invariance.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.2
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pp.383-388
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2011
In this paper, we consider Hammerstein-Wiener nonlinear model for solid oxide fuel cell (SOFC). A nonlinear model predictive control (MPC) is proposed to trace the constant stack terminal power by Hydrogen flow as control input. After the stability of the closed-loop system with static output feedback controller is analysed by Lyapunov method, a nonlinear model predictive control based on the Hammerstein-Wiener model is developed to control the stack terminal power of the SOFC system. Simulation results verify the effectiveness of the proposed control method based on the Hammerstein-Wiener model for SOFC system.
Finite control set model-predictive control (FCS-MPC) has received increasing attentions due to its outstanding dynamic performance. It is being widely used in power converters and multilevel inverters. However, FCS-MPC requires a lot of calculations, especially for multilevel-cascaded H-bridge (CHB) static synchronous compensators (STATCOMs), since it has to take account of all the feasible voltage vectors of inverters. Hence, an improved five-segment space vector pulse width modulation (SVPWM) method based on the non-orthogonal static reference frames is proposed. The proposed SVPWM method has a lower number of switching states and requires fewer computations than the conventional method. As a result, it makes FCS-MPC more efficient for multilevel cascaded H-bridge STATCOMs. The partial cost function is adopted to sequentially solve for the reference current and capacitor voltage. The proposed FCS-MPC method can reduce the calculation burden of the FCS-MPC strategy, and reduce both the switching frequency and power losses. Simulation and experimental results validate the excellent performance of the proposed method when compared with the conventional approach.
Harmonic current mitigation is vital in power distribution networks owing to the inflow of nonlinear loads, distributed generation, and renewable energy sources. The active power filter (APF) is the current electrical equipment that can dynamically compensate for harmonic distortion and eliminate asymmetrical loads. The compensation performance of an APF largely depends on the control strategy applied to the voltage source inverter (VSI). Model predictive control (MPC) has been demonstrated to be one of the effective control approaches to providing fast dynamic responses. This approach covers different types of power converters due to its several advantages, such as flexible control scheme and simple inclusion of nonlinearities and constraints within the controller design. In this study, a finite control set-MPC technique is proposed for the control of VSIs. Unlike conventional control methods, the proposed technique uses a discrete time model of the shunt APF to predict the future behavior of harmonic currents and determine the cost function so as to optimize current errors through the selection of appropriate switching states. The viability of this strategy in terms of harmonic mitigation is verified in MATLAB/Simulink. Experimental results show that MPC performs well in terms of reduced total harmonic distortion and is effective in APFs.
This paper considers the model predictive control (MPC) problems in nonlinear processes or systems. The MPC method determines the control law such that the predicted output based on the identified process model is equal to the reference output which consists of both the process output at current time and the setting value called as the command generator. In this paper, the nonlinear MPC software for a chemical reactor is developed and analized from the point of view of practical applications.
It is well known that parameter uncertainties and time-delays cannot be avoided in practice and result in poor performance and even instability. Nevertheless, to the authors' best knowledge, there exist few results on model predictive control (MPC) handling explicitly uncertain time-delayed systems. In this paper, we present an MPC algorithm for uncertain time-varying systems with input constraints and state-delay. An optimization problem is suggested to find a memoryless state-feedback MPC law and the closed-loop stability is established under feasibility and certain conditions.
Jo, Hang-Cheol;Byeon, Gyeong-Seok;Song, Jae-Bok;Jang, Hyo-Hwan;Choe, Yeong-Don
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.4
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pp.467-474
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2001
The mathematical model of a air-conditioning system is generally very complex and difficult to apply to controller design. In this paper, simple models applicable to the controller design are obtained by modeling the air-conditioning system by single-input single-output between compressor speed and indoor temperature, and by multi-input single-output between compressor speed, indoor fan speed and indoor temperature. Using these empirical models, model predictive control(MPC) technique was implemented for indoor temperature control of the air-conditioning system. It has been shown from various experiments that the indoor temperature control based on the MPC scheme yields reasonably good tracking performance with smooth changes in plant inputs. this multi-input multi-output MPC approach can be extended to multi air- conditioning systems where the conventional PID control scheme is very difficult to apply.
An active Fault Tolerant Model Predictive Control (FTMPC) using Fuzzy scheduler is developed. Fault tolerant Control (FTC) system stages are broadly classified into two namely Fault Detection and Isolation (FDI) and fault accommodation. Basically, the faults are identified by means of state estimation techniques. Then using the decision based approach it is isolated. This is usually performed using soft computing techniques. Fuzzy Decision Making (FDM) system classifies the faults. After identification and classification of the faults, the model is selected by using the information obtained from FDI. Then this model is fed into FTC in the form of MPC scheme by Takagi-Sugeno Fuzzy scheduler. The Fault tolerance is performed by switching the appropriate model for each identified faults. Thus by incorporating the fuzzy scheduled based FTC it becomes more efficient. The system will be thereafter able to detect the faults, isolate it and also able to accommodate the faults in the sensors and actuators of the Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) process while the conventional MPC does not have the ability to perform it.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.9
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pp.1364-1372
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2017
In this paper, a problem of event-triggered model predictive control is investigated for continuous-time Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy systems with input quantization. To efficiently utilize network resources, event-trigger is employed, which transmits limited signals satisfying the condition that the measurement of errors is over the ratio of a certain level. Considering sampling and quantization, continuous Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy systems are regarded as a sector bounded continuous-time T-S fuzzy systems with input delay. Then, a model predictive controller (MPC) based on parallel distributed compensation (PDC) is designed to optimally stabilize the closed loop systems. The proposed MPC optimize the objective function over infinite horizon, which can be easily calculated and implemented solving linear matrix inequalities (LMIs) for every event-triggered time. The validity and effectiveness are shown that the event triggered MPC can stabilize well the systems with even smaller average sampling rate and limited actuator signal guaranteeing optimal performances through the numerical example.
To improve the ride comfort and handling characteristics of a vehicle, an active suspension which is controlled by external actuators can be used. An active suspension can control the vertical acceleration of a vehicle and the tire deflection to achieve the desired suspension goal. For this purpose, Model Predictive Control (MPC) scheme is applied with the assumption that the preview information of the oncoming road disturbance is available. The predictive control approach uses the output prediction to forecast the output over a time horizon and determines the future control over the horizon by minimizing the performance index. The developed method is applied to a half car model of four degrees-of-freedom and numerical simulations show that the MPC controller improves noticeably the ride qualities and handling performance of a vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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