模型预测控制广泛应用于流程工业领域,并获得了良好的社会效益和经济效益,但是由于其反复在线优化的特点很难适应于采样频率快、实时性要求较高的系统,如汽车、航空等领域。显式模型预测控制的出现弥补了传统模型预测控制的缺点。显式模型预测控制的基本原理是:把多参数二次规划引入线性时不变对象的约束二次优化控制问题的求解中,离线对系统的状态区域(即参数区域)进行凸划分,并离线计算得到对应每个状态分区上的状态反馈最优显式控制律;在线计算就只需要通过查表确定对应当前状态所在的分区上的控制律,也就可以找到当前需要的控制量。由于其在线的计算只需要一个查表的过程,不需要反复的在线优化计算,因此提高了在线计算的速度,扩展了模型预测控制的应用范围,有望在片上系统实现。本文对显式模型预测控制的理论与应用进行了研究,主要工作包括以下几部分:1、在广泛查阅相关文献的基础上,综述了国内外显式模型预测控制的研究进展和研究现状。2、深入研究了显式模型预测控制的基本工作原理。基于数值仿真例子,对于显式模型预测控制的离线计算(即离线计算系统的状态分区以及相应的分段仿射最优控制律)和在线计算做了仿真计算。仿真结果不仅使理论更加形象清晰并且获得了良好的控制性能。3、在建立显式模型预测控制系统的分段仿射模型的基础上,通过寻找系统的二次Lyapunov函数和分段二次Lyapunov函数,对显式模型预测控制系统进行全局稳定性分析并做仿真计算。仿真结果表明系统稳定性分析方法的有效性。4、将显式模型预测控制技术应用于汽车悬挂系统和4WS的控制,并对车身垂直加速度、质心侧偏角等进行控制仿真计算。对仿真结果进行分析,降低了车身垂直加速度并使质心侧偏角接近为零,从而使汽车获得了更好的舒适性和操作稳定性等。