I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 ,   p p .   1148 ~ 1 1 5 8   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 3 . pp 1 1 4 8 - 1 1 5 8           1148       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   H y brid sy stems   mo delling  and co ntrol using   m ul ti ple  mi x ed  lo g ica l dyna mica l   predic tive mo del  co ntrol: A pplica ti o n t o  a  three - tank sph eri ca l sy stem        T a ha r  B ena is s a 1 ,   M o ha m ed  F o uzi Bela zr eg 2 ,   K ha led H a lba o ui 3 ,   B ela id Dj a ro um 4 ,   Dj a m el  B o uk het a la 5   1 F a c u l t y   o f   Te c h n o l o g y ,   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   Zi a n e   A c h o u r   U n i v e r si t y ,   D j e l f a ,  A l g e r i a   2 N u c l e a r   S a f e t y   D e p a r t m e n t ,   N u c l e a r   R e se a r c h   C e n t r e   o f   A l g i e r s,   A l g i e r s ,  A l g e r i a   3 P o w e r   E l e c t r o n i c s   La b o r a t o r y ,   N u c l e a r   R e sea r c h   C e n t r e   o f   B r i n e ,   B r i n e ,  A l g e r i a   4 N u c l e a r   Te c h n o l o g y   D i v i si o n ,   N u c l e a r   R e sea r c h   C e n t e r   o f   B i r i n e ,   B r i n e ,   A l g e r i a   5 C o n t r o l   P r o c e ss  La b o r a t o r y ,   E c o l e   N a t i o n a l e   P o l y t e c h n i q u e ,   A l g i e r s ,   A l g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 5 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Feb   9 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma r   1 6 ,   2 0 2 6       Th is  st u d y   e m p l o y s  th e   m i x e d   lo g ica l  d y n a m ica l  (M LD)  fra m e wo rk   f o r   m o d e ll in g ,   sim u latin g ,   a n d   c o n t ro ll in g   h y b rid   d y n a m ica l  sy ste m s.  Hy b ri d   sy ste m s,  wh ich   c o m b in e   c o n ti n u o u s - t ime   d y n a m ics   a n d   d isc re t e   lo g ica l   e v e n ts,  p o se   sig n ifi c a n t  c h a ll e n g e s  fo r  c o n v e n t io n a l  c o n tr o l  stra teg ies ,   su c h   a s  p ro p o rti o n a l - i n teg ra l - d e riv a ti v e   ( P ID )   c o n tr o ll e rs,  p a rti c u la rly   u n d e r   c o m p lex   o p e ra ti o n a l  c o n stra in ts.   To   a d d re ss   th e se   c h a ll e n g e s,  t h e   M LD   fo rm a li sm   p ro v id e s  a   u n ifi e d   re p re se n tatio n   t h a t  i n teg ra tes   d iffere n ti a l   e q u a ti o n s,  lo g ica l  ru les ,   a n d   i n e q u a li ty   c o n stra in ts.   Ba se d   o n   th e   M LD   m o d e l,   a   m u lt i v a riab le  h y b r id   m o d e l  p re d ictiv e   c o n tr o l  (H M P C)  a p p r o a c h   is   d e sig n e d   to   o p ti m ize   c o n tro l  s y st e m   p e rfo rm a n c e   a n d   o p e ra ti o n a l  e fficie n c y   o v e r  a   p re d icti o n   ti m e   h o riz o n .   At  e a c h   sa m p li n g   ti m e   ste p ,   a   m ix e d   q u a d ra ti c   p ro g ra m m in g   (M IQP)   o p ti m iza ti o n   p ro b le m   is  so lv e d   o n li n e   to   d e term in e   t h e   c o n tro l   law .   T h e   p ro p o se d   c o n tro l   a p p ro a c h   is   a p p li e d   to   a   th re e - sp h e rica l  tan k   sy ste m ,   w h e re   sim u latio n   a n d   e x p e rime n tal  re su lt s   d e m o n stra te  it s  e ffe c ti v e n e ss   i n   e n su r in g   sta b i li ty ,   m in imiz in g   trac k i n g   e rro rs,  a n d   sa ti sfy in g   p h y sic a l  c o n stra in ts.   Th e se   re su lt s  u n d e r sc o re   th e   re lev a n c e   o f  M LD - b a se d   p re d icti v e   c o n tro l   a p p r o a c h e s  fo r   th e   o p t imiz a ti o n   a n d   a d v a n c e d   c o n tro l  o f  c o m p lex   m u lt iv a riab le  h y b ri d   d y n a m ica l  sy ste m s  in   in d u strial  field s .   K ey w o r d s :   Hy b r id   d y n am ical  s y s tem s   Mix ed   lo g ical  an d   d y n am ical   Mix ed   q u a d r atic  o p tim izatio n   Mo d el  p r ed ictiv e   co n tr o l   No n lin ea r   h y b r id   s y s tem   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kh aled   Halb ao u i   Po wer   E lectr o n ics L ab o r ato r y ,   Nu clea r   R esear ch   C en tr e  o f   B r in e   B r in e ,  Alg er ia   E m ail: k h . h alb a o u i@ cr n b . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  ap p licatio n s   o f   h y b r id   d y n am ical  s y s tem s   h av e  b ee n   th e  s u b ject  o f   n u m er o u s   s tu d ies   in   r ec en t   d ec ad es  d u e  to   th eir   ab ilit y   to   b etter   m o d el  th e  tr an s ien t   d y n am ics  o f   co m p lex   s y s tem s   ac r o s s   v ar io u s   d o m ain s .   T h er e  a r e  two   ty p e s   o f   d y n am ics  th at  o cc u r   s im u ltan eo u s ly :  co n tin u o u s   d y n a m ics  an d   d is cr ete - ev en t  d y n a m ics  [ 1 ] – [ 3 ] .   Sy s tem s   ex h ib itin g   in ter ac tio n   b e twee n   co n tin u o u s   d y n am ics  a n d   d is cr ete  lo g ical  d ec is io n - m ak in g   ar e  ter m e d   h y b r id .   T h e  d y n am ics  o f   t h ese  s y s tem s   h av e  b ee n   s tu d ied   i n d ep en d en tly   u n til   n o w.   T h e  ev en t - d r iv e n   s u b s y s tem   was  m o d eled   u s in g   au to m ata  [ 4 ]   o r   Petr i  n ets  [ 5 ] ,   wh ile  th e  co n tin u o u s   s u b s y s tem   was m o d eled   u s in g   d if f er en tial e q u atio n s .     I n   th e  in d u s tr ial  f ield   ar ea   o f   p r o ce s s   au to m atio n   a n d   c o n tr o l,  th e  u s e  o f   a  h y b r id   d y n a m ical  s y s tem   f o r   m o d elin g ,   an aly s is ,   an d   c o n tr o l,  aim ed   at  ac h iev in g   h ig h   p er f o r m an ce ,   r eq u ir es  a  t h o r o u g h   a n aly s is   o f   all   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hyb r id   s ystem s   mo d ellin g   a n d   co n tr o l u s in g   m u ltip le  mixe d   lo g ica l  …   ( Ta h a r   B en a is s a )   1149   d y n am ic  c o m p o n en ts   an d   th eir   in ter ac tio n s .   C o n s eq u en tl y ,   v ar i o u s   ap p r o ac h es  h av e  b ee n   d e v elo p e d   f o r   lar g e - s ca le  in s tallatio n s ,   wh er e  p r o g r am m a b le  lo g ic  co n tr o ller s   ( PLCs )   h av e  b ee n   u s e d   f o r   c o n tr o l  a n d   p r o tectio n   with in   in s tr u m e n t atio n   an d   co n tr o l  s y s tem s ,   i n teg r atin g   d if f e r en t  ty p es  o f   m ea s u r em en ts   a n d   r eg u lato r s .   H o wev er ,   ad o p tin g   in tellig en t  a n d   r eliab le  s tr at eg ies  in   in d u s tr ial  s ec to r s   s u ch   as  o il,  c h em icals,  an d   en er g y   p r o d u ctio n   r eq u ir e s   ef f icien t  m eth o d s   th at  in h er e n tly   co m b in e  l o g ical  d ec is io n - m ak in g   s tates  an d   co n tr o ller s   f o r   co n tin u o u s   d y n am ics.   T h e  au to m atics  an d   m ath em at ics  r esear ch   co m m u n ities   h av e  in v esti g ated   h y b r id   d y n am ic al  s y s tem s   to   o f f er   an s wer s   in   a  n u m b er   o f   d o m ain s ,   in clu d in g   m o d e lin g   an d   an aly s is   [ 6 ] – [ 8 ]   an d   s tab ilit y   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .  Nu m er o u s   wr iter s   h av e  ex a m in ed   co n tr o l  s tr ateg ies  [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ]   an d   ex p an d ed   th em   to   n o n lin ea r   h y b r id   s y s tem s   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   T h e   s tu d i es   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ]   p r o p o s ed   a  n o v el  o b s er v er   b ased   o n   lin ea r   h y b r id   m o d els,  an d   n u m er o u s   ap p licatio n s   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ]   h a v e  in v esti g ated   e x ten d i n g   id en tific atio n   tech n iq u es  f r o m   lin ea r   s y s tem s   to   h y b r id   d y n am ical  s y s tem s .   Fin ally ,   s to ch asti c  h y b r id   s y s tem s   h av e  b ee n   u s ed   wh e n   u n c er tain ty   p ar am ete r s   ar e  p r esen t in   th e   m o d el  [ 1 9 ] .   T h is   s tu d y   p r esen ts   a  m o d elin g   an d   s im u latio n   ap p r o ac h   f o r   d ev elo p in g   a  m o d el  p r ed icti v e  co n tr o l  ( MPC )   law  ad ap ted   to   a  s p ec i f ic  k in d   o f   h y b r id   d y n am ical  s y s tem s .   T h e  ML D  m o d elin g   f r am ewo r k   e n ab les  th e  in teg r atio n   o f   m u lti - m o d el  p r ed ictiv e  co n tr o l te ch n iq u es a n d   p r o v id es th e  m ath em atica l   f o u n d atio n   f o r   th e   p r o p o s ed   m o d elin g   a p p r o ac h .   T h e  m ai n   o b jectiv e  is   to   as s ess   th e  ex ten t  to   wh ich   th e s e  f o r m alis m s   an d   m eth o d s   ca n   ad d r ess   th e  ch allen g es  ass o ciate d   wi th   h y b r i d   s y s tem   m o d elin g ,   p ar ticu la r ly   in   ter m s   o f   th e  f id elity   o f   d y n am ic  b eh av i o r   r ep r esen tatio n ,   d esig n   co m p le x ity ,   an d   c o m p u tatio n al  b u r d en .   T h is   p ap er   is   o r g an ized   in to   d i f f er en t sectio n s   as f o llo ws:   T h e  s ec o n d   s ec tio n   d escr ib es th e  m o d elin g   m eth o d   b ased   o n   th e  m ix ed   d y n am ic  lo g ic  ( MD L )   f r am e wo r k .   Nex t,  th e  m u lti - m o d el   ML D  ap p r o ac h   is   d ev elo p e d   in   s ec tio n   3 ,   f o llo w ed   b y   s ec tio n   4 ,   wh ich   p r esen t s   th e  h y b r id   p r ed ictiv e  c o n tr o l   ( HM PC )   s tr ateg y ,   wh ich   r elies  o n   th e  m u lti - MD L   m o d el  an d   d escr ib es  th e   m ath em atica l  tr an s f o r m atio n   o f   th e  co n tr o l  lo w   cr iter ia  in to   a  m i x ed - in te g er   q u ad r atic  o p tim izatio n   ( MI QP) .   Sectio n   5   d escr ib es  th e  e x p er im en tal  s etu p ,   co m p o s ed   o f   th r ee   in ter co n n e cted   s p h er ical  tan k s .   Fin ally ,   s ec tio n   6   co n clu d es  th e  wo r k   with   r em ar k s   an d   f u tu r e  p er s p ec tiv es.       2.   M UL T I P L E   M O D E L   M L D  SYST E M S   T h e  m u ltip le - ML D  m o d elin g   f r am ewo r k   is   b ased   o n   th e  p r i n cip le  o f   tr an s f o r m in g   l o g ical   r elatio n s ,   d is cr ete  d y n am ics,  an d   lo g ic al  s u b ject  to   co n s tr ain ts   in t o   lin ea r   m ix ed   in eq u alities .   T h e  in teg r atio n   o f   in eq u alities   in   a  co n tin u o u s - tim e  d y n am ic  will  b e  m o d eled   b y   lin ea r   d if f er en ce   eq u atio n s .   T h e  m ix ed   lo g ical  d y n am ic   m o d el   d e v elo p ed   f o r   ea c h   s u b s y s tem   is   d escr i b ed   b y   a  s tate  s p ac e   an d   in eq u ality   c o n s tr ain ts   eq u atio n s   [ 1 1 ] ,   [ 2 0 ] .     { + 1 = + 1 + 2 + 3 = + 1 + 2 + 3 2 + 3 ≤ 1 + 4 + 5        ( 1 )     W h er e  , { }   = 1 … 3 , , { }   = 1 … 3 , { }   = 1 … 5   ( = 1 …  )   ar e   m atr ices  th at  d e s cr ib e  th e  d y n am ics  tr an s ien t  b eh a v io r   o f   th e  s y s tem   with   k n o w n   d im e n s io n s .   T h e  v ar iab les  x  r ep r esen t s   th e  lo g ical  a n d   co n tin u o u s   s tates,   y   th e  co n tin u o u s   an d   lo g ical  o u tp u ts ,   an d   [   ]   th e  co n tin u o u s   an d   lo g i ca l  in p u ts .     ∈ { 0 , 1 }   an d     ar e  au x iliar y   lo g ical  an d   co n tin u o u s   v ar iab les,  r esp ec ti v ely .   I n d ex     d en o te  t h e  lo o k u p   o f   th e  m o d el  at  th e  s elec ted   ar ea ,     co n s is ts   o f   b in ar y   au x iliar y   v a r iab les  th at  ar e  n o t  p ar t  o f   ∆ , ℓ   an d   ∈ ℛ   with   ≤   an d   ∈   ℛ  × { 0 , 1 } ℓ ,   wh er e,   ≤   an d     ℓ ≤ ℓ .   T h er ef o r e,   ea ch   s im p lifie d   ML D  m o d el  is   ass o ciate d   wi th   a  s et  o f   co n s tr ain ts   d ef in e d   b y   ∆ .    T h e  au x iliar y   v ar iab les  will  b e  i n tr o d u ce d   d u r i n g   t h e  tr an s f o r m atio n   o f   p r o p o s itio n a l  lo g ic  in t o   lin ea r   in eq u alities .       3.   M O DE L I NG   O F   A  SPH E RI CAL T ANK   B E NCH M ARK   USI NG   A  H YB R I D  F RA M E WO RK   T h e  b en c h m ar k   d e p icted   in   Fi g u r e  1   is   co m p le x ,   ch ar ac ter iz ed   b y   s tr o n g   n o n lin ea r ity   a n d   s ig n if ican t  co u p lin g   am o n g   th e  p r o ce s s ' s   d if f er en t  s tates.  I t  h as   b ee n   m o d eled   u s in g   th e  ML D   f r am ewo r k .   T h e  co r r esp o n d in g   m ath em atica l  ex p r ess io n s   wer e  d er iv ed   u s in g   s tan d ar d   tech n iq u es  d escr ib ed   in   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] ,  in co r p o r atin g   c o n tin u o u s   an d   b in ar y   a u x iliar y   v ar iab les in tr o d u ce d   d u r i n g   th e  m o d elin g   s tag e.   T h e  d if f e r en tial  eq u atio n s   ar e   d is cr etize d   u s in g   th e  f o r war d   d if f er e n ce   ap p r o x im atio n ,   wh er e  ℎ ̇ ( )   is   r ep lace d   b y   ( ℎ + 1 − ℎ ) ⁄ ,   with     d ef in in g   t h e  s am p lin g   tim e.   W e  d ef i n e:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 4 8 - 1 1 5 8   1150   {         = [ ℎ 1     ℎ 2     ℎ 3 ]                                                         = [ 1     2 ]                                                                   = [ 1   2   13   23 ]                                         = [ 01     02     03 ]                                                   = [ 13     23     01   02     03     1   2 ]            ( 2 )     W e  ca n   wr ite  th e  r esu ltin g   ex p r ess io n   as   ( 3 ) .     {         ℎ 1 + 1 = ℎ 1 + 1 ( 1 − 1 1 − 13 13 − 1 1 )                                                         ℎ 2 + 1 = ℎ 2 + 1 ( 2 − 1 2 − 23 23 − 2 2 )                                                     ℎ 3 + 1 = ℎ 3 + 1 ( 1 1 + 13 13 + 1 2 + 23 23 − 3 3 )       =                                                                                                                                                                                                         ( 3 )     Ho wev er ,   th e  elem en ts   o f   th e  m atr ices  ,   with   = 1 , … 5 )   in clu d e  th e  co n s tr ain ts ,   as  wel l  as  th e  in eq u aliti e s   ar is in g   f r o m   th e  lo g ical  s tatem en ts   o f   th e  th r ee - tan k   s y s tem .   An   o r g an ized   s et  o f   tr a n s f o r m atio n   r u les  m u s t  b e  a p p lied   in   o r d e r   to   f o r m u late   a  h y b r id   s y s tem   in s id e  th e  ML D  f r am ewo r k .   T h e  f o llo win g   elem en ts   ar e  p r esen t in   th e  f in al  m o d el:   −   T h r ee   ( 0 3 )   s tates ( th r ee   ( 3 )   co n tin u o u s )   −   Six   ( 0 6 )   in p u t v a r iab les ( two   ( 2 )   co n tin u o u s ,   f o u r   ( 4 )   b in ar y )   −   T h r ee   ( 0 3 )   o u tp u t  v ar iab les ( th r ee   ( 0 3 )   co n tin u o u s ,   ze r o   ( 0 )   b in ar y )   −   Sev en   ( 0 7 )   co n ti n u o u s   v ar iab l es o f   th e  au x iliar y   k in d   −   T h r ee   ( 0 3 )   b in ar y   v ar iab les o f   th e  au x iliar y   k in d   −   Fo r ty - f o u r   4 4   m ix ed - in teg er   lin ea r   in eq u alities   T h e  m o d el  i n   ( 3 )   is   m ad e  u p   o f   th r ee   s tate  v ar iab les,  s ix   in p u ts ,   an d   th r ee   o u tp u ts ,   alo n g   with   au x iliar y   v ar iab les - th r ee   lo g ical  an d   s ev en   co n tin u o u s ,   an d   f o r ty - f o u r   m ix ed   in teg er   lin ea r   in e q u ality   co n s tr ain ts .           Fig u r e  1 .   T h r ee - tan k   s p h er ical   s y s tem   ( Gu r s k i)       4.   M UL T I P L E - M O D E L   P R E DICT I V E   CO NT RO L   DE SI G N  F O R  H YB RID SY ST E M S   Nu m er o u s   s tu d ies   [ 1 1 ] – [ 1 3 ] ,   [ 2 0 ]   p r esen t  MPC   as  a  f r am e wo r k   f o r   h y b r id   d y n am ical  s y s tem s   th at   u tili ze   an   ML D  r ep r esen tatio n   co m b in ed   with   a  m ix ed   q u ad r atic  o p tim izatio n   s o lv er .   T h e  MPC   co n tr o l  Q 2   P u mp   2   FT - 02   CV - 02   V 1   V 2   h 0   V 23   V 13   T 1   T 2   h 1   h 2   h m a x   T 3   h 3   Q 1   P u mp   1   FT - 01   CV - 01   V N3   V L2   V L1   Q L1   Q N3   Q L2   E v acu atio n   o f   leak a g e li q u id   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hyb r id   s ystem s   mo d ellin g   a n d   co n tr o l u s in g   m u ltip le  mixe d   lo g ica l  …   ( Ta h a r   B en a is s a )   1151   ap p r o ac h   u s es  a  m o d el  to   p r e d ict  th e  f u tu r e  tr an s ien t  o u tp u t     at  a  s p ec if ied   p r e d ictio n   tim e  h o r izo n ,   b ase d   o n   cu r r e n t  o b s er v atio n s   o r   m e asu r em en ts   [ 2 2 ] .   At  ea ch   s am p le  in ter v al,   th e  p r ed ictio n   en ab les  th e  co n tr o ller   to   d eter m in e  f u tu r e   co n tr o l  in p u ts   b y   m in im izi n g   a  r ele v an t   co s t  f u n ctio n   wh ile  ad h e r in g   to   co n s tr ain ts .   T h e   id ea l seq u en ce   is   in itially   in p u t to   th e  p lan t a t th e  s u b s eq u en t   tim e  s am p lin g   s tep ,   af ter   wh i ch   th e  o p tim izatio n   cr iter io n   is   r ep ea ted   u s in g   r ev is ed   p r o ce s s   m ea s u r em en ts   to   d eliv er   th e  n ec ess ar y   f ee d b ac k   co n tr o l  ac tio n   in   r ea l tim e.   T h e  ML D  m o d el  is   u s ed   b y   m u ltip le  MPC   p r ed ictiv e  co n tr o l  s tr ateg ies  to   s y n th esize   a  h y b r id   co n tr o ller .   Fo r   th is ,   th e   in d e x   k   d en o te   th e  p r esen t  tim e,   ( )   th e   cu r r en t   s tate - s p ac e,   (   , )   an   eq u ili b r iu m   s tate  o r   r ef er e n ce   v al u e  to   r ea ch ,   +   th e  f in al  tim e   p r e d ictio n ,   we  aim   to   co m p u te  t h e  s eq u e n ce   o f   f u tu r e   co n tr o l  i n p u ts   + − 1 = { ( ) , … ( + − 1 ) }   g o   f r o m   th e  s t ate  ( )   to     b y   m in im izin g   th e   cr iter io n   d ef in ed   as   ( 4 ) :       {         + − 1 + − 1 + − 1 }         ( ) = ∑ ( ‖ + / − ‖ 5 2 + ‖ + / − ‖ 2 2 − 1 = 0 + ‖ + / − ‖ 3 2 + ‖ + / − ‖ 4 2 ) + ∑ ‖ + / − ‖ 1 2 − 1 = 0     ( 4 )     W h er e  ‖ ‖ 2 =  ,    , = 1 , … 5   d ef in e   weig h tin g   m atr ices a n d   = ≥ 0   f o r   =1 ,   4.   N   d en o tes  th e  p r ed ictio n   tim e  h o r izo n   f o r   t h e  o u tp u t,  w h er ea s     an d     d en o te  th e   v alu es  o f   th e   au x iliar y   v ar iab les  r elate d   to   th e  s etp o in t,   d eter m in e d   b y   s o lv in g   an   MI QP  p r o b lem   s u b ject  to   in e q u ality   co n s tr ain ts .   T h e  o p tim al  s o lu ti o n   is   ex p r ess ed   b y   { + − 1 ( ) } = 0 , … − 1   an d   ca n   b e   co m p u te d   at  ea ch   s am p lin g   tim e.   Nev er th eless ,   s o lely   th e  in itial  in p u t  u ( k )   o f   th is   s eq u e n ce   is   im p lem en ted   in   th e  s y s t em .   T h e  id ea l  in p u t  co n tr o l   [ ( + 1 ) , … ( + − 1 ) ]   is   th er ea f ter   d is r eg ar d ed ,   a n d   th e  e n tire   o p tim izatio n   p r o g r a m   is   r e p ea ted   at  ea ch   in s tan t  ( k+1 ) .   T h e  we ig h tin g   m atr ix   Q 1 ,   Q 2 ,   Q 4   an d   Q 5   ar e  cr u cial  an d   p ar ticu lar l y   im p o r tan t ,   s in ce   th ey   p r o v id e  th e  tr a d e - o f f   b et wee n   th e  ex er tio n   o f   co n tr o l  a ctio n s   an d   th e  ac cu r ac y   o f   f o l lo win g   th e  s etp o in t   tr ac k in g .       5.   H YB RID  M O DE L   P R E DIC T I V E   CO NT RO L   ( H M P C)   T h e  m ath em atica l  r elatio n s h i p   o f   th e  o p tim izatio n   cr iter io n   o n   th e  o u tp u t  v ar iab les,  ex p r ess ed   b y   ( 4 ) ,   is   r ef o r m u lated   as  a  MI QP   p r o b lem .   T h e  q u ad r atic  cr it er io n   f u n ctio n   p en alize s   d ev ia tio n s   er r o r   b etwe en   th e  r ef er en ce   tr ajec to r ies an d   t h e  p r ed ictiv e  m o d el.   T h is   cr iter io n   ca n   b e  f o r m u lated   as   ( 5 ) :     { ( , ) = min 1 2  +  { = ≤ }                                                                       ( 5 )     w h er e  th e  o p tim izatio n   v ec to r   is   d ef in ed   as:     = [ + − 1 + − 1 + − 1 ]     T h e  ex p r ess io n   f o r   th e  m atr ix   H   an d   th e  v ec to r   f   is   g iv en   b y   th e  f o llo win g   r elatio n   [ 1 1 ] :     { =  =      [         4 0 0               0             0   0 5 0               0             0   0 0 0 0 0 0 1 0   0       0         2         0     0 0 3 ]             w h er e    is   a  m atr ix   with   d iag o n al  elem en t,    an d     d ef in es  th e  b in ar y   c o n tr o lled   an d   au x iliar y   n u m b e r   o f   v ar ia b les,  r esp ec tiv ely .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 4 8 - 1 1 5 8   1152    = [       − . . . . 0 − 4 − M M O O − 4 − 2 . . . . . − 4 − ]           = [  1        2          3 ]     H er e ,   = 1 , 2 , 3 .       = [ ( 4 ( ) + 5 )       ( 4  ( ) + 5 ) ⋯ ( 4 − 1 ( ) + 5 ) ]     = [                       0     ⋯ 0 ⋱                       ⋮ ⋮ − 1 ⋱                         ⋮             ⋮ − 2 ]     = [ ⋯                       0     ⋯ 0                       ⋮ ⋮  − 2 ⋱ ⋯                         ⋮             ⋮                       ] , ∈ { 1 , 2 , 3 }     = [ 1 2 3 1 2 3 × ]     H er e ,   = ∗ ( + + )       = [       (  ( ) − ) ( 2 ( ) − ) ⋯ ( ( ) − ) (  ( ) − ) (  ( ) − ) ⋯ (  − 1 ( ) − ) − , − ⋯ − ⏟                     , − , − ⋯ − ⏟                     , − , − ⋯ − ⏟                     ]           T h e  v alu e  o f   = ∗ ( + )   d eter m in es  th e  n u m b er   o f   lo g ical  v ar iab les  with in   th e  o p tim izatio n   p r o b lem ,   wh er e  th e  v ar ia b les    an d     d en o te  th e  n u m b er   o f   b in ar y   co n tr o l  an d   au x iliar y   v ar iab les,   r esp ec tiv ely .   C o n v e r s ely ,   th e   v ar iab le  = +   d escr ib es  th e   co n ti n u o u s   a n d   b in ar y   n u m b er   co n tr o l  v ar iab les.   W h er e     is   th e  c o n s tr ain t  m atr ix ,      is   th e  co n s tr ain t   co n s tan t  v ec to r ,     is   th e  lin ea r   co s t,  an d     d ef in es th e  Hess ian   m atr ix   o f   th e  q u a d r atic  cr iter io n   p r o b lem .   T h is   co n tr o l  v ec to r   c o m p r is e s   b o th   lo g ical  a n d   c o n tin u o u s   co m p o n e n ts .   T h e  MI QP  al g o r ith m   is   em p lo y ed   to   s o lv e  t h e  m u lti - m o d el  h y b r id   p r e d ictiv e  co n t r o l  p r o b lem .   At  ea c h   s am p li n g   tim e,   th e   MI QP  p r o b lem   h as b ee n   ca lc u lated   with   th e  aim   o f   d eter m in in g   th e  o p tim al  co n tr o l seq u en ce :     + − 1 = { ( ) , … ( + − 1 ) }     I n   ac co r d an ce   with   th e  r ec ed i n g   tim e  h o r izo n   co n ce p t,  o n l y   th e  f i r s t  co n tr o l   in p u t   is   ap p lied   to   th e   s y s tem ,   wh ile  th e  r em ain in g   in p u ts   ar e   d is ca r d ed .   T h e  n ew  co n tr o l a t   ( k +1 )   is   th en   r ep ea ted   at  t h e  n ex t tim e  s tep .       6.   M I Q P - B A SE D  O P T I M I Z A T I O N  CO N T RO L   A L G O RI T H M   T h e  alg o r ith m   o f   m ix e d   in teg er   q u ad r atic  p r o g r am m in g   ty p ically   r elies  o n   en u m er atio n   t ec h n iq u es,   in   wh ich   all  p o s s ib le  s o lu tio n s   ar e  s y s tem atica l ly   ex p lo r ed   an d   ev alu ated   to   id en tif y   th e  o n e  th at  m in im izes   th e  o b jectiv e  f u n ctio n .   T h is   m eth o d   is   co m m o n ly   ca r r ied - o u t  u s in g   a  r ec u r r e n t  b r an ch - an d - b o u n d   alg o r ith m   [ 2 3 ] – [ 2 5 ] .   T h e   co n tr o l sch em e   is   d ep icted   in   Fig u r e   2 .   I n   th e  C PLE X  s o lv er ,   th e  cty p e   ar g u m en t  m u s t  b e  d ef in ed   with in   th e  C PLE X  MI QP  f u n ctio n   t o   s p ec if y   th e  n atu r e  o f   ea c h   v a r iab le  in   th e   o p tim izatio n   v ec to r .   T h e   co r r esp o n d in g   e x p r ess io n   is   g iv e n   as:   T h e    = [ [     ] 1   , [  ] 1   , [  ] 1 ]   v alu e  is   a  s tr in g   co m p o s ed   o f   ch ar ac ter s   B , I , C , S,N ,   r e p r esen tin g   lo g ical,   in teg er ,   co n tin u o u s ,   s e m i - co n tin u o u s ,   an d   s em i - in teg er   v ar iab les,  r esp ec tiv ely .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hyb r id   s ystem s   mo d ellin g   a n d   co n tr o l u s in g   m u ltip le  mixe d   lo g ica l  …   ( Ta h a r   B en a is s a )   1153       Fig u r e  2 .   E x ec u tio n   o f   HM PC   co n tr o l stra teg y       7.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   f o cu s es  o n   ev al u atin g   th e   co n tr o l  v ec to r   p er f o r m an ce   d u r in g   b o th   tr an s ien t  a n d   s tead y - s tate  p h ases ,   u n d er   v ar ia b le  s tep   ch an g es  in   th e   s etp o in ts   o f   th e   th r ee   wate r   lev els.   T h e  s im u latio n   r esu lts   p r esen ted   in   Fig u r e  3   d em o n s tr ate  th e  s y s tem ’ s   tr ajec to r y   tr ac k in g   ca p ab ilit ies.  T h e  liq u id   lev els  [ h 1   h 2   h 3 ]    ar e  co n tr o lled   to   f o llo w  a  s e q u en ce   o f   s etp o in t  tr a n s itio n s :  in itially   f r o m   [ 0   0   0 ]   to   [ 8 0   5 0   2 5 ] %,  th e n   to     [ 8 0   5 0   2 5 ] %  to   [ 5 0   7 5   5 0 ] %,  f o llo wed   b y   [ 5 0   7 5   5 0 ] %  to   [ 8 0   6 2 . 5 0   6 2 . 5 0 ] %  an d   f in ally   to   [ 6 2 . 5 0   7 5   5 0 ] %.   T h is   s eq u en ce   o f   f illi n g   an d   e m p ty in g   o p er atio n s   ef f ec tiv el y   en g ag es  th e  v ar io u s   o p e r atin g   m o d es  o f   th e  tan k   s y s tem .   T h e  p r ed ictiv e  c o n t r o l  s tr ateg y   d em o n s tr ates  ex ce llen t  p er f o r m a n ce   in   m a in tain in g   ac c u r ate   tr ajec to r y   tr ac k i n g   u n d er   all  m o d e  tr an s itio n s .   T h e  p r ed ictiv e  co n tr o l  s tr ateg y   p r o v id es  ac cu r ate  tr ajec to r y   tr ac k in g   ac r o s s   all  o p er atin g   m o d es.   Du r in g   th e  s ec o n d   m o d e   —   co r r esp o n d in g   to   th e  t r an s itio n   f r o m   [ 8 0   5 0   2 5 ] %  to   [ 5 0   7 5   5 0 ] %   —   it  is   o b s er v ed   th at  th e  f l o w  an d   v alv es  ass o ciate d   with   th e  f ir s t  tan k   [ 1   1   2 ] ,   af ter   r ea ch in g   s tead y - s tate,   n o   lo n g er   p a r ticip ate  in   r eg u latin g   tan k s   T 2   an d   T 3 .   C o n tr o l  ef f o r ts   ar e  in s tead   s h if ted   to   f lo w  Q 2 ,   with   f r eq u en t   s witch in g   o f   its   co r r esp o n d i n g   v alv e.   C o n v e r s ely ,   th e  tr an s itio n   f r o m   [ 8 0   6 2 . 5 0   6 2 . 5 0 ] %   to   [ 6 2 . 5 0   7 5   5 0 ] %  p lace s   g r ea ter   d em an d   o n   th e  s ec o n d   tan k   T 2 ,   wh ich   en ter s   a   f illi n g   p h ase,   wh ile  th e  f ir s t ta n k   T 1   tr an s itio n s   to   a  d u m p i n g   p h ase.   T h is   d y n a m ic  in ter ac tio n   r esu lts   in   o s cillatio n s   in   tan k s   T 2   an d   T 3   d u r in g   th e  s tead y - s tate  p h ase,   ac co m p a n ied   b y   a  n o ticea b le  s tatic  er r o r   in   th e   wate r   lev el  h 2 .   I n   th is   co n tr o l   ca s e,   th e  in p u t  c o n tr o l  i s   ap p lied   u s in g   th e  co n tr o l  v ec t o r   in clu d es  th e  o u tlet  v alv e  o f   tan k   T 3   m ain tain ed   co m p letel y   o p en ,   wh er ea s   th e  o u tlet v alv es o f   ta n k s   T 1   an d   T 2   r em ain   en tire ly   clo s ed   in   Fig u r e  4 .   T h e  h y b r id   m o d el  p r e d ictiv e   co n tr o l  ( MPC )   s tr ateg y   is   im p lem en ted   b ased   o n   m u ltip le  ML D  m o d els.  T h e  s im u latio n   s ce n ar io   in clu d es  th r ee   d is tin ct  o p er atin g   m o d es,  d en o ted   M 1 ,  M 2   an d   M 3 ,   ea ch   co n s tr ain ed   with in   a  r e g io n   d ef in ed   b y   t h e  p h y s ical  lim itatio n s   o f   th e  b en ch m ar k   s y s tem .   Mo d e  M 1   o p er ates   with in   th e  r e g io n   [ 0 - 0 . 2 5 ]   [0 - 0 . 2 5 ]   [ 0 . 0 - 0 . 1 0 ]   m 3 ;  m o d e   M 2   co r r esp o n d s   to   th e  r an g e   [ 0 . 2 5 - 0 . 4 5 ]   [ 0 . 2 5 - 0 . 4 5 ]   [ 0 . 0 - 0 . 2 0 ]   m 3 ;  an d   m o d e  M 3   is   d ef in ed   o v er   th e  s p ac e  [ 0 . 4 5 - 0 . 5 5 ]   [ 0 . 4 5 - 0 . 5 5 ]   [ 0 . 2 - 0 . 3 0 ]   m 3 .   T h e  s im u latio n   r esu lts   d em o n s tr ate  ef f ec tiv e  tr ajec to r y   tr ac k in g   ac r o s s   all  th r ee   o p er atin g   m o d es,  alo n g   with   a  s ig n if ican t  r ed u ctio n   in   t h e  co m p u tatio n   t im e  r eq u i r ed   to   r u n   th e  alg o r ith m   to   r etr iev e   th e  o p tim al  s o l u tio n   to   th e  M I QP  o p tim izatio n   p r o b lem .     C PLE X  S o lv e r   MATLAB S o ftwa r e     App ly  C o n t r ol ler         S e t P oin t   Re f e r e n c e     Wr ite   L i n e a r   Qu a d r a t i c   Op t i m i z e r     C o n st r a i n t s     OP C  I n t e r f ac e   Wr it e       T h r e e - t a n k   S p h e r ical  S ys t e m   We i g h t i n g   Fa c t o r s     M o d e l   #1     M o d e l   #N     Pr e d i c t i o n   Ho r i z o n   N   CO NTR O LLER   O P C  I nt e r fa c e   fo r  re ad   W at e r  l e v e l s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 4 8 - 1 1 5 8   1154                         Fig u r e  3 .   Mo d el  p r e d ictiv e  co n tr o l o f   liq u id   lev els  ℎ 1 ,  ℎ 2   an d   ℎ 3   ( Pre d ictio n   h o r izo n   =3 ,   =6 0 0 0 ,   = =0 . 0 1 ,   v alv e  3   ( =1 )   is   h eld   o p en   with   Step   SetPo in t)       T h e  m u ltip le  m o d el  p r ed ictiv e  co n tr o l  ap p r o ac h   is   tr an s f o r m ed   in to   a  lin ea r   p r o g r am m i n g   p r o b lem   with   1 3 2   m ix ed   lin ea r   co n s tr ain ts   o n   a  p r ed ictio n   tim e  h o r izo n   ch o s en   to   b e   eq u al   to   th e  v alu e  =3   to   4 8 ,   co n tin u o u s   an d   b in ar y   v ar iab les.  T h e  in p u t  co n tr o ller   is   ca lcu lated   b y   th e  MI QP  alg o r ith m   with   C PLE X   s o lv er   an d   tr an s m itted   u n d er   an   OPC   in ter f ac e  to   f o llo w  th e  wate r   liq u id   lev el  s p ec if icatio n s   ℎ 1 =4 5   cm ,   ℎ 2 =3 5   cm ,   a n d   ℎ 3 =1 0   cm .   T h e   MP C   co n tr o ller   is   r ef o r m u lated   as   a  lin ea r   p r o g r am m in g   p r o b lem   with   m i x ed - in teg er   co n s tr ain ts   o v er   a   p r ed ictio n   tim e  h o r izo n   o f   =3 ,   in v o lv i n g   4 8   c o n tin u o u s   an d   b in ar y   v a r iab les   s u b ject  to   1 3 2   lin ea r   c o n s tr a in ts .   T h e  o p tim al  co n tr o l  in p u ts   ar e  co m p u ted   u s in g   th e  MI QP  f o r m u latio n   s o lv ed   b y   th e  C PLE X  s o lv er ,   an d   im p lem en ted   i n   r ea l  tim e  v ia  an   OPC   in ter f ac e  to   m e et  th e  wate r   liq u id   lev el  s etp o in ts :  ℎ 1 =4 5   cm ,   ℎ 2 =3 5   cm   an d   ℎ 3 =1 0   cm .   On   th e  o th e r   h an d ,   th e  wate r   lev el  in   tan k   T 1   s h o ws   o s cillato r y   b eh av io r ,   attr ib u t ed   to   th e  s witch in g   ac tio n s   o f   v alv es  V 1   an d   V 13 ,   wh ich   ar e  task ed   with   m ain tain in g   th e  lev el  ℎ 1   an d   ℎ 2   an d   ℎ 3   ar o u n d   th eir   r esp ec tiv e  r ef er en ce   tr ajec to r ies.  I n   th e  o p tim izatio n   cr iter io n ,   th e  weig h tin g   m at r ix     is   ca r ef u lly   ch o s en   to   p en a lize  d ev iatio n s   b etwe en   m ea s u r ed   wate r   lev els   an d   th eir   s etp o i n ts ,   th er eb y   im p r o v in g   tr ac k i n g   p e r f o r m an ce .     P os it io n   V alv e   V 1     P os it io n   V alv e   V 1 3     P os it io n   V alv e   V 2   P os it io n   V alv e   V 23   I n p u t   c on t rol  m a s s   f low   Q 2   ( k g /s )     I n p u t   c on t rol  m a s s   f low   Q 1   ( k g /s )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hyb r id   s ystem s   mo d ellin g   a n d   co n tr o l u s in g   m u ltip le  mixe d   lo g ica l  …   ( Ta h a r   B en a is s a )   1155                         Fig u r e  4 .   Mu ltip le  m o d el  p r ed ictiv e  co n tr o l o f   liq u id   lev els  ℎ 1 ,  ℎ 2   an d   ℎ 3   ( Pre d ictio n   h o r izo n   =3 ,   =6 1 0 3 ,   = =1 0 - 2 ,   v alv e   VL 3   ( =1 )   is   h eld   o p en )       8.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   s u cc ess f u lly   illu s t r ated   th e  m o d elin g ,   s im u lati o n ,   an d   co n tr o l  o f   a  h y b r id   d y n am ical   b en ch m ar k   u s in g   th e  m u ltip le   ML D  f r am ewo r k   an d   p r ed ict iv e  co n tr o l  s tr ateg ies.  T h e  a p p licatio n   to   a   th r ee - s p h er ical  tan k   s y s tem   illu s tr at ed   th e  r o b u s tn ess   an d   ef f ec tiv en ess   o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   in   ac h iev in g   s tab le  an d   o p tim ize d   p er f o r m an ce .   B y   in teg r atin g   lo g ic   r u les  with   co n tin u o u s   d y n am ics,  th e  m o d el   ef f ec tiv ely   h a n d led   o p e r atio n al  co n s tr ain ts   an d   co n tr o l  o b jectiv es.  T h e  r esu lts   u n d er s co r e  th e  p o ten tial  o f   h y b r id   p r ed ictiv e   co n tr o l m eth o d s   f o r   m an ag in g   co m p lex   s y s tem s   in   v ar io u s   in d u s tr ial  ap p l icatio n s .   W h ile  ex p er im en tal  v alid atio n   h as  b ee n   s u cc ess f u lly   p er f o r m ed   o n   a  lab o r ato r y   s etu p ,   th e  p r o p o s ed   co n tr o l  s tr ateg y   h as  n o t  y et  b ee n   im p lem en te d   o n   an   a u t o n o m o u s   o r   em b e d d ed   s y s te m .   Mo r eo v e r ,   th is   ap p r o ac h   u s es  th e  co m m er ci al  C PLE X  s o lv er   to   f in d   th e  o p tim al  s o lu tio n   to   m ix e d   ( in teg er )   q u a d r atic  p r o b lem   ( MI QP) ,   wh ic h   m a y   p o s e  ch allen g es  f o r   r ea l - tim e  ex ec u tio n   i n   r eso u r ce - co n s tr ain ed   en v ir o n m en ts .   Ad d itio n ally ,   th e  m o d elin g   p r o ce s s   b ased   o n   th e  ML D  f o r m alis m   ca n   b e  co m p lex   an d   s en s itiv e  to   s tr u ctu r al  in ac cu r ac ies.   Fu tu r e  wo r k   will  aim   to   ad ap t   th e  c o n tr o l   s tr ateg y   f o r   em b e d d ed   r ea l - tim e  p latf o r m s ,   ex p lo r e  m o r e   co m p u tatio n ally   ef f icien t  s o lv er s   o r   ap p r o x im atio n   tech n iq u es,  an d   in v esti g ate  m o d el  s im p lific atio n   m eth o d s   to   im p r o v e  s ca lab ilit y .   Fu r t h e r   ex ten s io n s   m ay   in clu d e  th e   ap p licatio n   to   lar g e - s ca le  o r   d is tr ib u ted   h y b r id   s y s tem s ,   as we ll a s   th e  in teg r a tio n   o f   lear n in g - b ased   co m p o n en ts   f o r   en h an ce d   a d ap tab ilit y .     P os it io n   V alv e   V 1     P os it io n   V alv e   V 2   P os it io n   V alv e   V 13     Pos itio n   V alv e   V 23   I n p u t   co n t r o l  m a ss f lo w  Q 1  a n d   Q 2   ( k g / s)   Wa t er  level s   h 1 ,   h 2  a n d   h 3  ( m )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 1 4 8 - 1 1 5 8   1156   F UNDING   I NF O R M A T I O N    T h e  au th o r s   d ec lar e  th at  n o   f u n d in g   was r ec eiv e d   f o r   th is   wo r k .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   T ah ar   B en aiss a   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓     ✓   ✓       ✓       Mo h am ed   Fo u zi  B elaz r eg     ✓   ✓   ✓           ✓       ✓       Kh aled   Halb ao u i   ✓   ✓     ✓     ✓     ✓   ✓     ✓   ✓       B elaid   Djar o u m   ✓     ✓   ✓             ✓           Djam el  B o u k h etala     ✓           ✓   ✓     ✓       ✓   ✓     C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT     T h e  au th o r s   d ec lar e  th at  th e y   h av e  n o   co n f licts   o f   in ter est.       DATA AV AI L AB I L I T Y    T h e  d ata  th at  s u p p o r t  th e  f i n d in g s   o f   t h is   s tu d y   ar e  av ailab le  f r o m   th e  c o r r esp o n d i n g   au th o r ,   K. H . ,   u p o n   ju s tifie d   r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   M .   S .   B r a n i c k y ,   V .   S .   B o r k a r ,   a n d   S .   K .   M i t t e r ,   “ A   u n i f i e d   f r a m e w o r k   f o r   h y b r i d   c o n t r o l :   M o d e l   a n d   o p t i ma l   c o n t r o l   t h e o r y , ”   I EEE  T r a n s a c t i o n s  o n   A u t o m a t i c   C o n t ro l ,   v o l .   4 3 ,   n o .   1 ,   p p .   3 1 – 4 5 ,   1 9 9 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / 9 . 6 5 4 8 8 5 .   [ 2 ]   T.   A .   H e n z i n g e r ,   “ T h e   t h e o r y   o f   h y b r i d   a u t o ma t a , ”   i n   Ve r i f i c a t i o n   o f   D i g i t a l   a n d   H y b r i d   S y s t e m s ,   v o l .   1 7 0 ,   M .   K .   I n a n   a n d   R .   P .   K u r sh a n ,   E d s.  N A TO   S e r i e s,  2 0 0 0 ,   p p .   2 6 5 – 2 9 2 .   [ 3 ]   P .   E.   C a i n e s,   A n   i n t ro d u c t i o n   t o   h y b ri d   d y n a m i c a l   sys t e m s ,   v o l .   3 8 ,   n o .   3 .   S p r i n g e r - V e r l a g   L o n d o n ,   2 0 0 2 .   [ 4 ]   R .   A l u r   a n d   D .   L.   D i l l ,   “ A   t h e o r y   o f   t i m e d   a u t o m a t a , ”   T h e o re t i c a l   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   1 2 6 ,   n o .   2 ,   p p .   1 8 3 – 2 3 5 ,   1 9 9 4 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / 0 3 0 4 - 3 9 7 5 ( 9 4 ) 9 0 0 1 0 - 8.   [ 5 ]   S .   A .   R e v e l i o t i s,  D i scr e t e ,   c o n t i n u o u s   a n d   h y b r i d   p e t ri   n e t s ,   v o l .   2 8 ,   n o .   3 .   S p r i n g e r - V e r l a g   B e r l i n ,   2 0 0 8 .   [ 6 ]   J.  L y g e r o s ,   “ Le c t u r e   n o t e s o n   h y b r i d   sy st e ms, ”   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   o f   P a t r a s,   G r e e c e ,   2 0 0 4 .   [ 7 ]   H .   Li n   a n d   P .   J.   A n t sa k l i s,   “ H y b r i d   d y n a mi c a l   s y st e ms :   A n   i n t r o d u c t i o n   t o   c o n t r o l   a n d   v e r i f i c a t i o n , ”   F o u n d a t i o n s  a n d   T re n d s  i n   S y s t e m s  a n d   C o n t r o l ,   v o l .   1 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 1 7 2 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 5 6 1 / 2 6 0 0 0 0 0 0 0 1 .   [ 8 ]   M .   a   P .   R e me l h e ,   S .   E n g e l l ,   M .   O t t e r ,   A .   D e p a r a d e ,   a n d   P .   J .   M o s t e r m a n ,   M o d e l l i n g ,   a n a l y si s  a n d   d e si g n   o f   h y b r i d   s y st e m s ,    v o l .   2 7 9 .   S p r i n g e r - V e r l a g ,   2 0 0 2 .   [ 9 ]   A .   B e m p o r a d ,   F .   B o r r e l l i ,   a n d   M .   M o r a r i ,   “ O p t i ma l   c o n t r o l l e r s fo r   h y b r i d   s y st e ms:  s t a b i l i t y   a n d   p i e c e w i se  l i n e a r   e x p l i c i t   f o r m,”   i n   Pro c e e d i n g s  o f   t h e   3 9 t h   I EEE   C o n f e re n c e   o n   D e c i si o n   a n d   C o n t ro l   ( C a t .   N o . 0 0 C H 3 7 1 8 7 ) ,   2 0 0 0 ,   v o l .   2 ,   p p .   1 8 1 0 – 1 8 1 5 ,     d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C D C . 2 0 0 0 . 9 1 2 1 2 5 .   [ 1 0 ]   R .   A .   D e c a r l o ,   M .   S .   B r a n i c k y ,   S .   P e t t e r ss o n ,   a n d   B .   Le n n a r t s o n ,   “ P e r s p e c t i v e s  a n d   r e s u l t s  o n   t h e   st a b i l i t y   a n d   st a b i l i z a b i l i t y   o f   h y b r i d   s y s t e ms, ”   i n   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   I EEE ,   2 0 0 0 ,   v o l .   8 8 ,   n o .   7 ,   p p .   1 0 6 9 – 1 0 8 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / 5 . 8 7 1 3 0 9 .   [ 1 1 ]   J.  Th o m a s,  D .   D u m u r ,   a n d   J.  B u i ss o n ,   “ P r e d i c t i v e   c o n t r o l   o f   h y b r i d   sy s t e ms  u n d e r   a   m u l t i - M LD   f o r m a l i sm   w i t h   st a t e   sp a c e   p o l y h e d r a l   p a r t i t i o n , ”   i n   Pr o c e e d i n g s  o f   t h e   Am e r i c a n   C o n t ro l   C o n f e re n c e ,   2 0 0 4 ,   v o l .   3 ,   p p .   2 5 1 6 – 2 5 2 1 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / a c c . 2 0 0 4 . 1 3 8 3 8 4 3 .   [ 1 2 ]   J.  L u n z e   a n d   F .   L .   L a g a r r i g u e ,   H a n d b o o k   o f   h y b r i d   sys t e m s  c o n t ro l   t h e o r y ,   t o o l s ,   a p p l i c a t i o n s .   C a m b r i d g e   U n i v e r si t y   P r e ss,   2 0 0 9 .   [ 1 3 ]   N .   N .   N a n d o l a   a n d   S .   B h a r t i y a ,   “ A   mu l t i p l e   mo d e l   a p p r o a c h   f o r   p r e d i c t i v e   c o n t r o l   o f   n o n l i n e a r   h y b r i d   s y st e ms,”   J o u r n a l   o f   Pro c e ss  C o n t ro l ,   v o l .   1 8 ,   n o .   2 ,   p p .   1 3 1 – 1 4 8 ,   2 0 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j p r o c o n t . 2 0 0 7 . 0 7 . 0 0 3 .   [ 1 4 ]   M .   B u ss ,   M .   G l o c k e r ,   M .   H a r d t ,   O .   v o n   S t r y k ,   R .   B u l i r s c h ,   a n d   G .   S c h m i d t ,   “ N o n l i n e a r   h y b r i d   d y n a mi c a l   sy s t e ms :   mo d e l i n g ,   o p t i m a l   c o n t r o l ,   a n d   a p p l i c a t i o n s , ”   i n   M o d e l l i n g ,   A n a l y si s,  a n d   D e si g n   o f   H y b r i d   S y s t e m s ,   v o l .   2 7 9 ,   S p r i n g e r - V e r l a g ,   2 0 0 2 ,     p p .   3 1 1 – 3 3 5 .   [ 1 5 ]   F .   H a m d i ,   N .   M e ssa i ,   a n d   N .   M a n a ma n n i ,   “ O b serv e r   b a s e d   st a t e   f e e d b a c k   c o n t r o l   d e s i g n   f o r   sw i t c h e d   l i n e a r   sy st e ms:   A   d i f f e r e n t i a l   p e t r i   n e t   a p p r o a c h , ”   i n   C o n f e r e n c e   o n   C o n t r o l   a n d   F a u l t - T o l e ra n t   S y st e m s,  S y sT o l ’ 1 0   -   Fi n a l   Pr o g ra m   a n d   B o o k   o f   Ab st ra c t s ,   2 0 1 0 ,   p p .   1 6 7 – 1 7 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S Y S TO L . 2 0 1 0 . 5 6 7 5 9 9 4 .   [ 1 6 ]   D .   A .   G r i f f i t h   a n d   J.  H .   P .   P a e l i n c k ,   H y b r i d   d y n a m i c a l   s y st e m s  a n d   c o n t r o l ,   v o l .   5 1 .   S p r i n g e r ,   2 0 1 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hyb r id   s ystem s   mo d ellin g   a n d   co n tr o l u s in g   m u ltip le  mixe d   lo g ica l  …   ( Ta h a r   B en a is s a )   1157   [ 1 7 ]   J.  R o l l ,   A .   B e m p o r a d ,   a n d   L.   Lj u n g ,   “ I d e n t i f i c a t i o n   o f   p i e c e w i se  a f f i n e   s y st e ms  v i a   mi x e d - i n t e g e r   p r o g r a mm i n g , ”   A u t o m a t i c a ,  v o l .   4 0 ,   n o .   1 ,   p p .   3 7 – 5 0 ,   2 0 0 4 .   [ 1 8 ]   N .   M e ssa i ,   B .   R i e r a ,   a n d   J.  Za y t o o n ,   “ I d e n t i f i c a t i o n   o f   a   c l a ss  o f   h y b r i d   d y n a mi c   sy st e ms  w i t h   f e e d - f o r w a r d   n e u r a l   n e t w o r k s :   A b o u t   t h e   v a l i d i t y   o f   t h e   g l o b a l   m o d e l , ”   N o n l i n e a r  A n a l y si s:   H y b ri d   S y st e m s ,   v o l .   2 ,   n o .   3 ,   p p .   7 7 3 – 7 8 5 ,   A u g .   2 0 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . n a h s . 2 0 0 7 . 1 1 . 0 0 8 .   [ 1 9 ]   M .   K a mg a r p o u r ,   T .   A .   W o o d ,   S .   S u mm e r s,   a n d   J.   L y g e r o s,   “ C o n t r o l   s y n t h e si s   f o r   s t o c h a st i c   sy s t e m s  g i v e n   a u t o mat a   sp e c i f i c a t i o n s   d e f i n e d   b y   st o c h a st i c   s e t s,”   A u t o m a t i c a ,   v o l .   7 6 ,   p p .   1 7 7 – 1 8 2 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a u t o m a t i c a . 2 0 1 6 . 1 0 . 0 1 3 .   [ 2 0 ]   A .   B e m p o r a d   a n d   M .   M o r a r i ,   “ C o n t r o l   o f   sy s t e ms   i n t e g r a t i n g   l o g i c ,   d y n a mi c s ,   a n d   c o n st r a i n t s, ”   A u t o m a t i c a ,   v o l .   3 5 ,   n o .   3 ,     p p .   4 0 7 – 4 2 7 ,   1 9 9 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / S 0 0 0 5 - 1 0 9 8 ( 9 8 ) 0 0 1 7 8 - 2.   [ 2 1 ]   H .   P .   W i l l i a ms,  Mo d e l   b u i l d i n g   i n   m a t h e m a t i c a l   p ro g r a m m i n g ,   5 t h   e d . ,   v o l .   3 0 ,   n o .   2 .   Jo h n   W i l e y   & S o n s ,   2 0 1 3 .   [ 2 2 ]   E.   F .   C a mac h o ,   D .   R .   R a mí r e z ,   D .   L i mó n ,   D .   M u ñ o z   D e   La   P e ñ a ,   a n d   T.   Á l a m o ,   “ M o d e l   p r e d i c t i v e   c o n t r o l   t e c h n i q u e s  f o r   h y b r i d   sy st e ms, ”   i n   I FA C   Pr o c e e d i n g s V o l u m e s  ( I FAC - Pa p e rsO n l i n e ) ,   2 0 0 9 ,   v o l .   3 ,   n o .   P A R T  1 ,   p p .   1 – 1 3 ,   d o i :   1 0 . 3 1 8 2 / 2 0 0 9 0 9 1 6 - 3 - es - 3 0 0 3 . 0 0 0 0 3 .   [ 2 3 ]   W .   C o l m e n a r e s,   S .   C r i st e a ,   C .   D e   P r a d a ,   O .   P e r e z ,   A .   A l o n s o ,   a n d   T.   V i l l e g a s,   “ M LD   s y st e ms:   M o d e l i n g   a n d   c o n t r o l .   E x p e r i e n c e   w i t h   p i l o t   p r o c e ss,”   i n   A S M E  I n t e r n a t i o n a l   M e c h a n i c a l   En g i n e e ri n g   C o n g re ss  a n d   E x p o si t i o n ,   Pro c e e d i n g s ,   2 0 0 1 ,   v o l .   2 ,     p p .   1 6 8 1 – 1 6 9 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 5 / i mec e 2 0 0 1 / d sc - 2 4 5 9 1 .   [ 2 4 ]   C .   A .   F l o u d a s,  N o n l i n e a r  a n d   m i x e d - i n t e g e r  o p t i m i za t i o n :   F u n d a m e n t a l s  a n d   a p p l i c a t i o n s .   N e w   Y o r k :   O x f o r d   U n i v e r si t y   P r e ss,   1 9 9 5 .   [ 2 5 ]   R .   F l e t c h e r   a n d   S .   Le y f f e r ,   “ N u m e r i c a l   e x p e r i e n c e   w i t h   l o w e r   b o u n d s  f o r   M I Q P   b r a n c h - a n d - b o u n d , ”   S I AM   J o u r n a l   o n   O p t i m i z a t i o n ,   v o l .   8 ,   n o .   2 ,   p p .   6 0 4 – 6 1 6 ,   1 9 9 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 3 7 / S 1 0 5 2 6 2 3 4 9 4 2 6 8 4 5 5 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Ta h a r   Be n a iss a           wa s  b o rn   in   Dje lfa ,   Alg e ria,  o n   F e b r u a ry   0 6 ,   1 9 7 0 .   He   re c e iv e d   th e   E n g i n e e r  d e g re e   in   e lec tro tec h n ics   i n   1 9 9 5   (El e c tri c a l  m a c h in e   o p ti o n ),   fr o m   ENS ET - Lag h o u a t,   Alg e ria.   F ro m   1 9 9 9   t o   2 0 1 1   h e   wa s  a   wo r k in g   a s  e n g i n e e r  a t   th e   Alg e rian   C o m p a n y   o f  El e c tri c it y   a n d   G a s  Distrib u ti o n   S p a   Dje lfa,   Alg e ria.   th e   M a g ist e r  d e g re e   i n   2 0 1 8   o n   in   h ig h   v o lt a g e   e n g in e e rin g   fr o m   t h e   Un i v e rsity   o f  S c ien c e s  a n d   Tec h n o lo g y   Ora n   M o h a m e d   B o u d ia f   -   UST O  -   F a c u l ty   o f  E lec tri c a l  e n g i n e e rin g   a n d   P h . D.  d e g re e s  in   e lec tri c   p o we r  e n g in e e rin g   fro m   th e   Un i v e rsity   o f  Lag h o u a t ,   Alg e ria.  Cu rre n tl y   w o rk s  a s   a n   As so c iate   P ro fe ss o r  at   th e   Un iv e rsity   o f   Dje lfa,  Alg e ria.   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   t h e   d iag n o sis   a n d   c o n tro l   o f     DC - DC  c o n v e rter  a p p l ied   in   e n e rg y   p h o to v o lt a ic  sy ste m s,  a n d   c o n tro l  o f  n o n li n e a r  d y n a m ic   sy ste m s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   b e n _ a issa tah a r@y a h o o . f r .         Mo h a m e d   F o u z i  Be la z r e g           is  a   Re se a rc h   As so c iat e   in   th e   De p a rtme n t  o f   Au to m a ti c   a t  t h e   Nu c lea r  Re se a rc h   Ce n tre  o f  Biri n e /Alg e ria.   He   r e c e iv e d   th e   E n g in e e r  d e g re e   in   a u to m a ti c   e n g i n e e rin g   fro m   th e   P o ly tec h n ic  S c h o o l  (ENP )  o f  A lg iers   in   1 9 9 5 .   F r o m   1 9 9 5   to   S in c e   Ja n u a ry   1 9 9 6 ,   h e   h a s b e e n   with   th e   N u c lea r  Re se a rc h   Ce n tre   o f   Biri n e   a s   a   Re se a rc h e r  i n   th e   M o d e ll i n g   a n d   S imu latio n   Lab o ra to r y   a t   th e   De p a rtme n t  o f  A u to m a ti c .   Cu rre n tl y   wo r k s  a s   a   P rin c i p a l  Re se a rc h   i n   Nu c lea r  S a fe ty   De p a rtme n t,   Nu c lea r  Re se a rc h   Ce n tre  o f   Alg iers ,   Alg e ria.  He   re c e iv e d   a   M . S c .   d e g re e   in   a d v a n c e d   a u to m a ti c   fro m   th e   Un iv e rsity   o f  Dje lfa,   Alg e ria  in   2 0 1 6   a n d   th e   D o c to ra te   in   a u to m a ti c   c o n tro l   f ro m   th e   Ec o le   Na ti o n a le   P o ly tec h n i q u e ,   Al g e ria  in   2 0 2 0 .   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   re a l  ti m e   c o n tro l  a n d   m o n it o rin g   sy ste m ,   a n a ly sis  a n d   c o n tro l  o f  n o n li n e a r  d y n a m ic  sy ste m s ,   m o d e ll i n g ,   c o n tr o l  a n d   id e n ti fica ti o n   o f  h y b rid   d y n a m i c   sy ste m s,  a n d   m o d e ll in g /sim u l a ti o n   o f  t h e rm a l  h y d ra u l ic   sy ste m   with   AP ROS  s o ftwa re .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   f. b e laz re g @c rn a . d z .         K h a led  H a lb a o u i           wa s  b o rn   i n   Dje lfa ,   Alg e ria,  o n   F e b ru a ry   2 7 ,   1 9 7 1 .   He   re c e iv e d   th e   En g i n e e r  d e g re e   in   e lec tri c a l  e n g i n e e rin g   in   1 9 9 5   (El e c tri c a l  m a c h in e   o p t io n ),   fr o m   ENS ET - Lag h o u a t,   Alg e ria,  t h e   M a g ister  in   e lec tri c a l  e n g in e e rin g   fr o m   Dr.  Ya h ia  F a re s   Un iv e rsity   o f  M é d é a ,   Al g e ria  i n   2 0 0 6   a n d   t h e   D o c to ra t   in   Au t o m a ti c   Co n tro l   fr o m   t h e   Eco le   Na ti o n a le   P o ly tec h n i q u e ,   Al g e ria i n   2 0 1 2 .   F r o m   1 9 9 5   t o   2 0 0 0   h e   w a s  a   wo rk i n g   a s  En g in e e r  a t   th e   De p a rtme n t   o f   In str u m e n tatio n   a n d   Co n tro l   o f  t h e   De v e l o p m e n t  o f   E n e rg y   S y ste m s  Ce n tr e   CDSE   Dje lfa,  Alg e ria.  D u rin g   2 0 0 1 – 2 0 0 7 ,   h e   h a s  b e e n   a   R e se a rc h   As si sta n t  a t  P o we r   El e c tro n ics   La b o ra t o ry   o f   a   N u c lea r  Re se a rc h   Ce n tre  o f   Brin e   C RNB,  Ain   Ou ss e ra ,   Al g e ria.   He   wa s  p ro m o ted   to   C h a rg e   o f   Re se a rc h   in   2 0 0 7 ,   Re se a rc h   F e ll o w  in   2 0 1 2 ,   a n d   S e n io r   Re se a rc h   in   2 0 1 9 .   F r o m   2 0 0 6   to   2 0 1 3   h e   wa s  an   As so c iate d   P ro fe ss o r  in   th e   Un i v e rsity   o f   Dje lfa,  Alg e ria.   He   p ro v i d e d   m a n y   lec tu re s  in   t h e   field   o f  p o we r  e lec tro n ics   a n d   n u c lea r   in stru m e n tati o n   i n   n a ti o n a l  a n d   re g io n a l  trai n in g   c o u rse   o rg a n iz e d   b y   I n tern a ti o n a l  Ato m ic   En e rg y   Ag e n c y   (IAEA)   a n d   th e   Ato m ic  En e rg y ,   Co m m issio n   o f   Alg e ria.   His  re se a rc h   in tere sts   in c lu d e   h y b ri d   sy ste m s,  m o to r   d riv e s,  c o m p u ter - b a se d   c o n tr o l  sy ste m s,  c o n tro l  th e o r y   a p p li c a ti o n s a n d   p o we r  e lec tro n ic s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   k h . h a l b a o u i@c r n b . d z .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.