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Economic Nonlinear Model Predictive Control: Stability, Optimality and Performance

Résumé

In recent years, Economic Model Predictive Control (EMPC) has received considerable attention of many research groups. The present tutorial survey summarizes state-of-the-art approaches in EMPC. In this context EMPC is to be understood as receding-horizon optimal control with a stage cost that does not simply penalize the distance to a desired equilibrium but encodes more sophisticated economic objectives. This survey provides a comprehensive overview of EMPC stability results: with and without terminal constraints, with and without dissipativtiy assumptions, with averaged constraints, formulations with multiple objectives and generalized terminal constraints as well as Lyapunov-based approaches. Moreover, we compare different performance criteria for some of the considered approaches and comment on the connections to recent research on dissipativity of optimal control problems. We consider a discrete-time setting and point towards continuous-time variants. We illustrate the different EMPC schemes with several examples.

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Commande optimale
La théorie de la commande optimale permet de déterminer la commande d'un système qui minimise (ou maximise) un critère de performance, éventuellement sous des contraintes pouvant porter sur la commande ou sur l'état du système. Cette théorie est une généralisation du calcul des variations. Elle comporte deux volets : le principe du maximum (ou du minimum, suivant la manière dont on définit l'hamiltonien) dû à Lev Pontriaguine et à ses collaborateurs de l'institut de mathématiques Steklov , et l'équation de Hamilton-Jacobi-Bellman, généralisation de l'équation de Hamilton-Jacobi, et conséquence directe de la programmation dynamique initiée aux États-Unis par Richard Bellman.
Commande LQ
En automatique, la Commande linéaire quadratique, dite Commande LQ, est une méthode qui permet de calculer la matrice de gains d'une commande par retour d'état. L'initiateur de cette approche est Kalman, auteur de trois articles fondamentaux entre 1960 et 1964. Les résultats de Kalman ont été complétés par de nombreux auteurs. Nous ne traiterons ici que de la commande linéaire quadratique à horizon infini dans le cas d'un système linéaire stationnaire (ou « invariant »), renvoyant à l'article Commande optimale pour le cas d'un horizon fini et d'un système linéaire dont les matrices varient en fonction du temps.
Croissance économique
thumb|upright=2|Contribution (en %) de la croissance des pays à celle mondiale (2011). La croissance économique désigne la variation positive de la production de biens et de services dans une économie sur une période donnée, généralement une longue période. En pratique, l'indicateur le plus utilisé pour la mesurer est le produit intérieur brut (PIB). Il est mesuré « en volume » ou « à prix constants » pour corriger les effets de l'inflation. Le taux de croissance, lui, est le taux de variation du PIB.
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