随着流程工业中控制对象越来越复杂,以及计算机的广泛应用,导致了现代工业控制中计算复杂性大大增加及混杂系统的广泛的存在。针对这类情况,本文利用混合逻辑动态系统( Mixed Logical Dynamical,MLD)理论研究了混杂系统的控制,改进了混杂系统预测控制求解中的混合整数优化问题求解算法;同时针对混杂系统的故障检测和控制器重构,研究了基于MLD模型的故障建模和检测方法,给出了两种基于冗余操作变量的控制器重构方法,实现了对混杂系统的控制。仿真结果表明了论文算法的有效性。本文的主要研究内容和取得的成果体现在以下几个方面:在研究命题逻辑转化为混合整数不等式和利用二进制编码减少离散变量个数的基础上,利用求解混合整数规划问题的方法得到混杂系统的循环稳态值,以解决混杂系统稳态时可能存在极限环的问题;利用调解器性能指标研究了混杂系统基于混合逻辑动态模型的预测控制。研究了建立混杂系统的混合逻辑动态故障模型的方法,并分别对执行器故障和传感器故障下的混合逻辑动态故障建模进行了讨论。提出了一种基于混合逻辑动态故障模型的滚动时域估计性能指标,利用滚动时域估计的方法对混合逻辑动态故障模型的状态进行估计,并进行故障检测。讨论了故障状态下混杂系统的控制器重构问题,给出了两种基于冗余操作变量的混杂系统控制器重构策略,实现了故障状态下的混杂系统的控制。基于混合逻辑动态的混杂系统预测控制、故障检测以及控制器重构中都存在着控制算法的求解问题,而控制算法最终都转化为混合整数优化问题。本文提出了分支定界算法的一种新的树的搜索策略,以减少优化问题求解过程中所求解的子问题个数。同时研究了利用离散微粒群算法求解混合整数优化问题,提出了对微粒群算法的惯性权重、离散粒子更新等方面的改进方法,仿真结果证明了该算法的有效性。论文对研究的理论与算法通过一个三容水箱进行了大量的仿真研究和验证,取得了满意的效果。仿真结果表明了论文算法在混杂系统的控制、故障检测和控制器重构上的有效性。