在许多工业控制过程中,不仅含有连续变量,同时也还有离散变量。在以往的控制方法设计中,通常将两者分离考虑,各自确立控制策略。然而在实际过程中,这两类变量往往是相互联系、相互作用的。这就需要建立一种整体的框架,用来同时处理过程中的离散、连续变量及其之间的关系。混杂系统即指同时包含有相互作用的离散事件过程和连续变量过程的一类动态系统。混杂系统的研究为解决复杂工程实际问题提供了新的解决方法和思路。 本文在总结几种典型的混杂系统建模方法并进行分析比较的基础上,对混合逻辑动态建模方法理论与应用做了进一步的研究和探索。混合逻辑动态建模方法是连续系统的离散化延伸,可以对含有混杂特性和约束的系统进行建模。 首先,详细阐述和证明了逻辑命题的转换及其等价线性不等式之间的关系和转换方法。借助这些转换,可以将状态方程形式的机理模型与经验知识、系统自身逻辑关系等结合起来,表达成为统一的混合逻辑动态模型。 其次,将混合逻辑动态方法推广应用到多种形式的混杂系统建模。以分段线性系统、输出分段系统、双线性系统、有限状态机为例,详细阐述了混合逻辑动态模型的建立过程,并且给出了完整的模型表达式。探讨了混合逻辑动态模型的控制方法,对优化控制方法进行了研究,结合状态空间系统进行了优化控制律的推导。对基于混合逻辑动态的模型预测控制方法的可行性、收敛性进行了证明,并给出了滚动时域控制具体算法。数值仿真实例结果证明该优化预测控制方法是可行和有效的。 再次,研究含有液压舵机死区特性的混合逻辑动态船舶操舵模型的预测控制方法。为了对比说明这种建模的有效性,先研究船舶操舵过程为线性的和带有死区特性的改进动态矩阵控制。再建立含液压舵机死区特性的混合逻辑动态船舶操舵模型,进行预测控制研究和仿真。仿真结果表明,混合逻辑动态操舵模型能更好地克服舵机死区的影响,稳定控制船舶航向。 最后,对全文工作进行了总结,并展望了混合逻辑动态建模未来可能的研究方向。