Model predictive control with quadratic criterion for jump Markov discrete linear systems under constraints
Let the control object be described by the equation x(k +1) = A[a(k + 1)]x(k) + B[a(k + 1)]u(k), where x(k) e R is the vector of state, u(k) e R is the vector of control, a(k) (k= 0,1,2...) denotes a time-invariant Markov chain taking values in a finite set of observable states {1,2,.. ,,v} with the known transition probability matrix P = |P j J ((, je{1,2,...,v}) , Pji = P{a(k + 1) =aj|a(k) =a,J, £ Pjj = 1, and the initial distributionpt = P{a(0) =i} (i =1,2,...,v), £ pt = 1. j=1 i=1 The state a of the Markov chain a(k) selects the system matrices A[a(k)] and B[a(k)] from the sets A={ A' e R" : i = 1,v } и B={ B' e R"" : i = 1,v } respectively. It is assumed that the state of the Markov chain is observable at the time instant k. On control variables the following constraints are imposed: Umm(k) < 5(k)u(k) < Umax(k), (2) where 5(k) e R -, Umm (k), u^ (k) e R . To control system (1), we synthesize model predictive control strategies. At each step k we minimize the quadratic criterion with a receding horizon J(k+m/k) = E jl, x(k +i)R1x(k+i) + u(k +i-1/k)Ru(k +i-\/k)jx(k),a(k) = ay} (3) on trajectories of system (1) over the sequence of predictive controls u(k/k),...,u(k + m- 1/k), which depend on system's state and on the state of Markov chain at the moment k under constraints (2), where m is a prediction horizon, R1 > 0, R > 0 are weight matrices of corresponding dimensions, k is a current moment. The synthesis of predictive control strategies is reduced to the sequence of quadratic programming tasks.
Keywords
линейные системы с марковскими скачками,
прогнозирующее управление,
марковские скачки,
ограничения,
Markov linear systems,
model predictive control,
constraintsAuthors
Dombrovskii Vladimir V. | Tomsk State University | dombrovs@ef.tsu.ru |
Samorodova Mariya V. | Tomsk State University | samorodova21@gmail.com |
Всего: 2
References
Пакшин П.В. Дискретные системы со случайными параметрами и структурой. М. : Физматлит, 1994.
Пакшин П.В., Ретинский Д.М. Робастная стабилизация систем случайной структуры с переключаемой статической обратной связью по выходу // Автоматика и телемеханика. 2005. № 7. C. 135-147.
Домбровский В.В., Объедко Т.Ю. Управление с прогнозированием системами с марковскими скачками при ограничениях и применение к оптимизации инвестиционного портфеля // Автоматика и телемеханика. 2011. № 5. С. 96-112.
Смагин В.И., Поползухина Е.В. Синтез следящих систем управления для объектов со случайными скачкообразными пара метрами и мультипликативными возмущениями // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2000. № 271. С. 171-175.
Blackmore L., Bektassov A., Ono M., Williams B.C. Robust optimal predictive control of jump Markov linear systems using particles // Lecture Notes in Computer Science. 2007. V. 4416. P. 104-117.
Costa O.L.V., Okimura R.T. Discrete-time mean-variance optimal control of linear systems with Markovian jumps and multiplicative noise // International Journal of Control. 2009. V. 82, No. 2. P. 256-267.
Costa O.L.V., Oliveira A. Optimal mean-variance control for discrete-time linear systems with Markovian jumps and multiplicative noises // Automatica. 2012. V. 48, No. 2. P. 304-315.
Dragan V., Morozan T. The Linear Quadratic Optimization Problems for a Class of Linear Stochastic Systems With Multiplicative White Noise and Markovian Jumping // IEEE Transactions on Automatic Control. 2004. V. 49, No. 5. P. 665-675.
Elliott R.J., Aggoun L., Moore J.B. Hidden Markov Models: Estimation and Control. Berlin : Springer-Verlag, 1995.
Li X., Zhou X.Y. Indefinite stochastic LQ control with Markovian jumps in a finite time horizon // Communications in Information and Systems. 2002. No. 2. P. 265-282.
Домбровский В. В., Объедко Т. Ю. Управление дискретными динамическими системами со случайными зависимыми параметрами при ограничениях // Вестник Томского государственного университета: управление, вычислительная техника и информатика. 2011. № 3. С. 5-12.
Домбровский В. В., Объедко Т. Ю. Управление с прогнозированием взаимосвязанными гибридными системами с марковскими скачками при ограничениях // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2012. № 3. С. 5-12.
Домбровский В. В., Самородова М. В. Управление с прогнозированием нелинейными стохастическими системами с марковскими скачками при ограничениях // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2015. № 3. С. 14-22.
Rawlings J. Tutorial: Model Predictive Control Technology // Proc. Amer. Control Conf. San Diego. California. June 1999. P. 662676.
Dombrovskii V., Obyedko T. Model predictive control for constrained systems with serially correlated stochastic parameters and portfolio optimization // Automatica. 2015. No. 54. P. 325-331.