2003年 第29卷 第5期
2003, 29(5): 641-648.
摘要:
利用粒子滤波算法具有同时估计连续状态和离散状态的特点,提出一种可用于混合系 统状态监测与诊断的新方法.给出了该方法的理论推导和设计步骤,讨论了在诊断应用中粒子滤 波器所遇到的问题,并给出了改善的措施.仿真结果证明用粒子滤波器对混合系统进行监测与诊 断是可行的,所提的方法对估计结果有比较好的改善.
利用粒子滤波算法具有同时估计连续状态和离散状态的特点,提出一种可用于混合系 统状态监测与诊断的新方法.给出了该方法的理论推导和设计步骤,讨论了在诊断应用中粒子滤 波器所遇到的问题,并给出了改善的措施.仿真结果证明用粒子滤波器对混合系统进行监测与诊 断是可行的,所提的方法对估计结果有比较好的改善.
2003, 29(5): 649-657.
摘要:
给出了马尔可夫离散事件系统参数灵敏度估计的高效率仿真算法.既可以用于稳态性 能测度的参数灵敏度估计,也可用于终止型性能测度的灵敏度估计.和现有的仿真算法相比,其 数学描述和仿真流程比较简洁,易于编程实现.给出的各种仿真算例均验证了该方法的适用性. 此外,还指出了马尔可夫系统性能测度参数灵敏度的精确估计为光滑扰动分析(Smoothed Perturbatin Analysis)和似然比方法(Likelihood Ratios)得到的估计量之和,单独使用其中的任何一 种均难以给出系统性能测度参数灵敏度的可靠、一致估计.
给出了马尔可夫离散事件系统参数灵敏度估计的高效率仿真算法.既可以用于稳态性 能测度的参数灵敏度估计,也可用于终止型性能测度的灵敏度估计.和现有的仿真算法相比,其 数学描述和仿真流程比较简洁,易于编程实现.给出的各种仿真算例均验证了该方法的适用性. 此外,还指出了马尔可夫系统性能测度参数灵敏度的精确估计为光滑扰动分析(Smoothed Perturbatin Analysis)和似然比方法(Likelihood Ratios)得到的估计量之和,单独使用其中的任何一 种均难以给出系统性能测度参数灵敏度的可靠、一致估计.
2003, 29(5): 658-665.
摘要:
基于模糊逻辑逼近原理,针对非线性动态未知互联系统,设计一种新的模糊分散控制 器.讨论了互联项满足或不满足一般性约束条件的两种情形,用不同方法来补偿其对大系统的影 响.同时利用模式转换函数来实现间接自适应控制与模糊滑模控制之间的转换,使系统的状态在 有界闭集内变化,并依据Lyapunov方法证明了闭环系统稳定,跟踪误差收敛到零的一个小邻域 内.仿真结果证明所设计的模糊控制器的有效性.
基于模糊逻辑逼近原理,针对非线性动态未知互联系统,设计一种新的模糊分散控制 器.讨论了互联项满足或不满足一般性约束条件的两种情形,用不同方法来补偿其对大系统的影 响.同时利用模式转换函数来实现间接自适应控制与模糊滑模控制之间的转换,使系统的状态在 有界闭集内变化,并依据Lyapunov方法证明了闭环系统稳定,跟踪误差收敛到零的一个小邻域 内.仿真结果证明所设计的模糊控制器的有效性.
2003, 29(5): 666-672.
摘要:
将l2-l∞性能指标引入时滞不确定离散时间系统,研究基于这一指标的滤波器设计问 题.所研究的对象是同时具有状态时滞和多面体不确定性的离散时间系统.采用线性矩阵不等 式技术推导了此类不确定系统鲁棒l2-l∞滤波器存在的充分条件,并将滤波器的设计转化为一 个凸优化的求解问题,可以采用较为有效的内点方法进行求解.所设计的滤波器能够保证相对 于所有能量有界的外界扰动信号,滤波误差系统具有一定的l2-l∞扰动衰减水平.数值仿真验 证了所提出算法的可行性.
将l2-l∞性能指标引入时滞不确定离散时间系统,研究基于这一指标的滤波器设计问 题.所研究的对象是同时具有状态时滞和多面体不确定性的离散时间系统.采用线性矩阵不等 式技术推导了此类不确定系统鲁棒l2-l∞滤波器存在的充分条件,并将滤波器的设计转化为一 个凸优化的求解问题,可以采用较为有效的内点方法进行求解.所设计的滤波器能够保证相对 于所有能量有界的外界扰动信号,滤波误差系统具有一定的l2-l∞扰动衰减水平.数值仿真验 证了所提出算法的可行性.
2003, 29(5): 673-680.
摘要:
首先运用经典动态规划方法,研究股票付息下国际证券市场中一类最优证券投资组合 和消费选择问题,并利用投资学理论对投资者只投资两种证券情形的最优组合给出经济分析和 解释.然后,运用非常简单和直接的方法对两种典型的效用函数给出最优解的显式形式,求解的 技巧来自解决线性二次最优控制问题的配平方法.最后,给出一些数值计算例子来展示各模型参 数对最优选择的影响.
首先运用经典动态规划方法,研究股票付息下国际证券市场中一类最优证券投资组合 和消费选择问题,并利用投资学理论对投资者只投资两种证券情形的最优组合给出经济分析和 解释.然后,运用非常简单和直接的方法对两种典型的效用函数给出最优解的显式形式,求解的 技巧来自解决线性二次最优控制问题的配平方法.最后,给出一些数值计算例子来展示各模型参 数对最优选择的影响.
2003, 29(5): 681-688.
摘要:
考虑由具有不可控变迁的受控Petri网建模的DES的控制器综合问题.提出了兼具 DES的逻辑型和结构型二种控制器优点的混合型Petri网控制器:在系统状态的获取和跟踪上具 有结构型控制器的优点,而在控制作用的实施上则具有逻辑型控制器的优点.全文通过实例说明 了混合型Petri网控制器的设计方法.
考虑由具有不可控变迁的受控Petri网建模的DES的控制器综合问题.提出了兼具 DES的逻辑型和结构型二种控制器优点的混合型Petri网控制器:在系统状态的获取和跟踪上具 有结构型控制器的优点,而在控制作用的实施上则具有逻辑型控制器的优点.全文通过实例说明 了混合型Petri网控制器的设计方法.
2003, 29(5): 689-694.
摘要:
研究连续需求条件下企业供应链系统的紧急状态识别和最优调度方案求解问题.在一 个协作的供应链网络中,企业的原料物资常常会由多个供应商(供应点)提供,当这些供应商无法 完全满足企业物资需求时,供应链系统处于紧急状态.本文研究表明,存在一种有效方法判定供 应链系统是否处于紧急状态;并且当系统处于非紧急状态时,给出了最优方案的求解算法,并对 该算法给予相应数学证明.
研究连续需求条件下企业供应链系统的紧急状态识别和最优调度方案求解问题.在一 个协作的供应链网络中,企业的原料物资常常会由多个供应商(供应点)提供,当这些供应商无法 完全满足企业物资需求时,供应链系统处于紧急状态.本文研究表明,存在一种有效方法判定供 应链系统是否处于紧急状态;并且当系统处于非紧急状态时,给出了最优方案的求解算法,并对 该算法给予相应数学证明.
2003, 29(5): 695-702.
摘要:
轮胎故障是造成交通事故的主要原因之一.但是目前大多数轮胎故障监测方法由于需 要使用各种复杂的传感器因此制造代价高昂且不可靠.为此,提出了一种新型实用的轮眙故障观 测器.基于考虑外界不确定干扰的新型动态轮胎/路面磨擦模型,该观测器仅仅使用汽车驱动力 及轮胎转速数据,跟踪估计轮胎/路面磨擦系数的变化,并通过对磨擦状况的分析对轮胎状态做 出合理的判断.由于转速传感器是汽车防滑刹车控制系统(ABS)的基本组成部分,因此该观测器 可与ABS结合工作,低成本的实现轮胎故障监测.
轮胎故障是造成交通事故的主要原因之一.但是目前大多数轮胎故障监测方法由于需 要使用各种复杂的传感器因此制造代价高昂且不可靠.为此,提出了一种新型实用的轮眙故障观 测器.基于考虑外界不确定干扰的新型动态轮胎/路面磨擦模型,该观测器仅仅使用汽车驱动力 及轮胎转速数据,跟踪估计轮胎/路面磨擦系数的变化,并通过对磨擦状况的分析对轮胎状态做 出合理的判断.由于转速传感器是汽车防滑刹车控制系统(ABS)的基本组成部分,因此该观测器 可与ABS结合工作,低成本的实现轮胎故障监测.
2003, 29(5): 703-708.
摘要:
讨论一类线性加工时间单机调度问题.在这类问题中,工件具有相同的基本加工时间, 但每个工件的实际加工时间以其开工时间线性增长.对满足无延迟工件条件下极小化提前惩罚 和问题,满足最大完工时间限制条件下极小化资源消耗总量的问题和满足资源消耗总量限制条 件下极小化最大完工时间的问题,分别给出了最优算法.
讨论一类线性加工时间单机调度问题.在这类问题中,工件具有相同的基本加工时间, 但每个工件的实际加工时间以其开工时间线性增长.对满足无延迟工件条件下极小化提前惩罚 和问题,满足最大完工时间限制条件下极小化资源消耗总量的问题和满足资源消耗总量限制条 件下极小化最大完工时间的问题,分别给出了最优算法.
2003, 29(5): 709-715.
摘要:
提出了一个基于DWT的有意义稳健图像水印算法.1)采用基于最小距离的水印重同步 技术,能抵抗RST,shearing,general linear transiormation等几何攻击;2)采用多分辨率匹配和 粗细搜索相结合的方法,有效降低算法的计算量;3)应用二维交织技术和BCH编码,具有纠正随 机错误和突发错误的能力.把一个536 bits信息构成的字符串水印嵌入到512×512×8 bits的图 像中,所实现的水印在抵抗StirMark攻击中达到了较好的性能.相对于目前的一些水印算法,具 有隐藏数据量大且好,对抗几何变换具稳健性等优点.
提出了一个基于DWT的有意义稳健图像水印算法.1)采用基于最小距离的水印重同步 技术,能抵抗RST,shearing,general linear transiormation等几何攻击;2)采用多分辨率匹配和 粗细搜索相结合的方法,有效降低算法的计算量;3)应用二维交织技术和BCH编码,具有纠正随 机错误和突发错误的能力.把一个536 bits信息构成的字符串水印嵌入到512×512×8 bits的图 像中,所实现的水印在抵抗StirMark攻击中达到了较好的性能.相对于目前的一些水印算法,具 有隐藏数据量大且好,对抗几何变换具稳健性等优点.
2003, 29(5): 716-725.
摘要:
对推算定位法进行了研究,提出了一种改进方案.通过对移动机器人运动轨迹与状态的 分析,导出了一类移动机器人的基于轨迹的运动学新模型.利用移动机器人三个轮子的里程信息 和导向轮的转角信息,通过信息模糊融合获得转弯半径和转角,再利用运动学模型获得机器人的 位置和方向.将这种改进的推算定位法与主动灯塔法相结合,提出了一种用于室内移动机器人的 定位方法.仿真结果表明,该方法具有实时性好、精度高、成本低、鲁棒性好等特点,并适用于不平 整地面.
对推算定位法进行了研究,提出了一种改进方案.通过对移动机器人运动轨迹与状态的 分析,导出了一类移动机器人的基于轨迹的运动学新模型.利用移动机器人三个轮子的里程信息 和导向轮的转角信息,通过信息模糊融合获得转弯半径和转角,再利用运动学模型获得机器人的 位置和方向.将这种改进的推算定位法与主动灯塔法相结合,提出了一种用于室内移动机器人的 定位方法.仿真结果表明,该方法具有实时性好、精度高、成本低、鲁棒性好等特点,并适用于不平 整地面.
2003, 29(5): 726-732.
摘要:
研究基于提升方案的高维形态小波构造方法.结合数学形态学和高维小波分析来构造 高维形态小波.提出高维多通道形态小波构造的一般性框架--高维多通道提升方案.采用最大 值(最小值)形态算子构造一维多通道Haar形态小波和高维多通道Haar形态小波.最后通过两 个例子说明形态小波变换的优点和可行性.
研究基于提升方案的高维形态小波构造方法.结合数学形态学和高维小波分析来构造 高维形态小波.提出高维多通道形态小波构造的一般性框架--高维多通道提升方案.采用最大 值(最小值)形态算子构造一维多通道Haar形态小波和高维多通道Haar形态小波.最后通过两 个例子说明形态小波变换的优点和可行性.
2003, 29(5): 733-740.
摘要:
基于Petri网的结构特性分析,研究了FMS(柔性制造系统)一种预防死锁方法.提出了 Petri网的一种特殊拓扑结构--基本信标的概念.在Petri网中基本信标的集合是SMS(严格极 小信标)集合的一个真子集.尤其在大型Petri网系统中,基本信标的集合比SMS的集合要小得 多.对于Petri网的一个子类S3PR,只对每一个基本信标添加一个库所使其不被清空,就可实现 预防死锁,也就是说无须控制S3PR的所有SMS而达到无信标被清空的目的.此外,对于S3PR, 还提出了一种求取SMS和基本信标的方法.相对于现在普遍采用的控制所有SMS来预防死锁 的策略,其具三方面优势.1)只需控制少量的SMS即所谓的基本信标.相应地,添加少量的控制 库所和连接弧,就可得到无死锁或活的Petri网.2)不需要先行计算出极小信标的集合.3)明显 地,这种方法更适合大型Petri网系统.我们通过穿插在文中的一个例子来说明这些方法.
基于Petri网的结构特性分析,研究了FMS(柔性制造系统)一种预防死锁方法.提出了 Petri网的一种特殊拓扑结构--基本信标的概念.在Petri网中基本信标的集合是SMS(严格极 小信标)集合的一个真子集.尤其在大型Petri网系统中,基本信标的集合比SMS的集合要小得 多.对于Petri网的一个子类S3PR,只对每一个基本信标添加一个库所使其不被清空,就可实现 预防死锁,也就是说无须控制S3PR的所有SMS而达到无信标被清空的目的.此外,对于S3PR, 还提出了一种求取SMS和基本信标的方法.相对于现在普遍采用的控制所有SMS来预防死锁 的策略,其具三方面优势.1)只需控制少量的SMS即所谓的基本信标.相应地,添加少量的控制 库所和连接弧,就可得到无死锁或活的Petri网.2)不需要先行计算出极小信标的集合.3)明显 地,这种方法更适合大型Petri网系统.我们通过穿插在文中的一个例子来说明这些方法.
2003, 29(5): 741-747.
摘要:
对一种在Elman动态递归网络基础上发展而来的复合输入动态递归网络(CIDRNN)作 了改进,提出一种新的动态递归神经网络结构,称为状态延迟动态递归神经网络(State Delay Input Dynamical Recurrent Neural Network).具有这种新的拓扑结构和学习规则的动态递归网 络,不仅明确了各权值矩阵的意义,而且使权值的训练过程更为简洁,意义更为明确.仿真实验 表明,这种结构的网络由于增加了网络输入输出的前一步信息,提高了收敛速度,增强了实时 控制的可能性.然后将该网络用于机器人未知非线性动力学的辨识中,使用辨识实际输出与机理 模型输出之间的偏差,来识别机理模型或简化模型所丢失的信息,既利用了机器人现有的建模 方法,又可以减小网络运算量,提高辨识速度.仿真结果表明了这种改进的有效性.
对一种在Elman动态递归网络基础上发展而来的复合输入动态递归网络(CIDRNN)作 了改进,提出一种新的动态递归神经网络结构,称为状态延迟动态递归神经网络(State Delay Input Dynamical Recurrent Neural Network).具有这种新的拓扑结构和学习规则的动态递归网 络,不仅明确了各权值矩阵的意义,而且使权值的训练过程更为简洁,意义更为明确.仿真实验 表明,这种结构的网络由于增加了网络输入输出的前一步信息,提高了收敛速度,增强了实时 控制的可能性.然后将该网络用于机器人未知非线性动力学的辨识中,使用辨识实际输出与机理 模型输出之间的偏差,来识别机理模型或简化模型所丢失的信息,既利用了机器人现有的建模 方法,又可以减小网络运算量,提高辨识速度.仿真结果表明了这种改进的有效性.
2003, 29(5): 748-754.
摘要:
首先讨论控制科学中的传统复杂性观点,复杂性主要根源于非线性,非定常性与不确 定性,高维数和系统模式的非单一性.其次对于大系统提出一些新问题,并且指出对于大系统 关联是产生复杂性又一主要根源.
首先讨论控制科学中的传统复杂性观点,复杂性主要根源于非线性,非定常性与不确 定性,高维数和系统模式的非单一性.其次对于大系统提出一些新问题,并且指出对于大系统 关联是产生复杂性又一主要根源.
2003, 29(5): 755-760.
摘要:
针对一般的非线性优化问题定义了一种2次非线性罚函数,证明了在一定条件下对 应的罚优化问题的精确罚定理,由此引进了一种广义非线性神经网络模型,并证明了这种网络 的平衡点与能量函数之间的联系,在一定条件下对应的平衡点收敛到原问题的最优解.这种神 经网络模型对于求解许多优化问题具有重要的作用.
针对一般的非线性优化问题定义了一种2次非线性罚函数,证明了在一定条件下对 应的罚优化问题的精确罚定理,由此引进了一种广义非线性神经网络模型,并证明了这种网络 的平衡点与能量函数之间的联系,在一定条件下对应的平衡点收敛到原问题的最优解.这种神 经网络模型对于求解许多优化问题具有重要的作用.
2003, 29(5): 761-766.
摘要:
讨论一类具有随机跳变参数的线性系统正实控制问题,其跳变参数的跃迁由有限状 态的马尔可夫过程描述.基于随机李亚普诺夫函数的方法,并结合线性矩阵不等式,分别提出依 赖于模态的状态反馈和输出反馈控制,以保证相应闭环系统的严格正实性.进一步针对系统含 参数不确定性的情形,引入鲁棒正实性分析,得到鲁棒正实控制器存在的充分条件和设计方法.
讨论一类具有随机跳变参数的线性系统正实控制问题,其跳变参数的跃迁由有限状 态的马尔可夫过程描述.基于随机李亚普诺夫函数的方法,并结合线性矩阵不等式,分别提出依 赖于模态的状态反馈和输出反馈控制,以保证相应闭环系统的严格正实性.进一步针对系统含 参数不确定性的情形,引入鲁棒正实性分析,得到鲁棒正实控制器存在的充分条件和设计方法.
2003, 29(5): 767-772.
摘要:
基于有向图的建树方法是目前故障树自动建树研究中最常用的方法之一,但其有效性 多年来一直存在争议,其主要原因在于采用传统的专家定义的算子进行建树推理时,算子定义 不规范,导致对系统复杂的控制结构适应能力不强.该文利用人工智能的原理,对定性推理逻辑 进行了必要的扩展,提出了建树过程的形式化描述,在此基础上将故障树的建树问题转化为一 个约束满足问题(CSP),从而可利用比较成熟的算法来解决上述问题.针对实际问题的例证说 明了这一过程.研究表明,文中所提出的方法更便于计算机自动处理,减少建树过程中的人为失 误,可有效地提高故障分析效率.
基于有向图的建树方法是目前故障树自动建树研究中最常用的方法之一,但其有效性 多年来一直存在争议,其主要原因在于采用传统的专家定义的算子进行建树推理时,算子定义 不规范,导致对系统复杂的控制结构适应能力不强.该文利用人工智能的原理,对定性推理逻辑 进行了必要的扩展,提出了建树过程的形式化描述,在此基础上将故障树的建树问题转化为一 个约束满足问题(CSP),从而可利用比较成熟的算法来解决上述问题.针对实际问题的例证说 明了这一过程.研究表明,文中所提出的方法更便于计算机自动处理,减少建树过程中的人为失 误,可有效地提高故障分析效率.
2003, 29(5): 773-779.
摘要:
针对线性变参数系统,基于保H∞性能插值设计一种无需变参数变化率反馈的变增益 输出反馈控制器.在将控制器设计转化为关于参数矩阵的LMI问题后,基于"H∞性能覆盖"的 概念给出了划分变参数集的充分条件,并将变参数集划分为若干充分小的子集,对各子集寻找 满足要求的常数矩阵并利用插值来得到所要求的连续参数矩阵.此控制器消除了变参数变化率 反馈并通过对变参数变化率上界的限制降低了控制器设计的保守性.实验结果验证了其有效性.
针对线性变参数系统,基于保H∞性能插值设计一种无需变参数变化率反馈的变增益 输出反馈控制器.在将控制器设计转化为关于参数矩阵的LMI问题后,基于"H∞性能覆盖"的 概念给出了划分变参数集的充分条件,并将变参数集划分为若干充分小的子集,对各子集寻找 满足要求的常数矩阵并利用插值来得到所要求的连续参数矩阵.此控制器消除了变参数变化率 反馈并通过对变参数变化率上界的限制降低了控制器设计的保守性.实验结果验证了其有效性.
2003, 29(5): 780-784.
摘要:
基于线性矩阵不等式处理方法,研究了一类具有扇形非线性关联的时滞系统绝对稳 定性问题.导出了用一个线性矩阵不等式系统的可行性表示的绝对稳定性滞后依赖型条件,进 而,通过求解一组线性矩阵不等式,给出使得闭环系统绝对稳定的无记忆状态反馈控制律设计 方法,最后用例子验证了文中提出的结果.
基于线性矩阵不等式处理方法,研究了一类具有扇形非线性关联的时滞系统绝对稳 定性问题.导出了用一个线性矩阵不等式系统的可行性表示的绝对稳定性滞后依赖型条件,进 而,通过求解一组线性矩阵不等式,给出使得闭环系统绝对稳定的无记忆状态反馈控制律设计 方法,最后用例子验证了文中提出的结果.
2003, 29(5): 785-790.
摘要:
根据满意控制思想,针对一类不确定线性系统的状态估计,设计一种满意估计器,使预 测误差系统在模型参数有界摄动时,依然同时满足区域极点指标约束、预测误差稳态方差指标 约束和H∞指标约束.
根据满意控制思想,针对一类不确定线性系统的状态估计,设计一种满意估计器,使预 测误差系统在模型参数有界摄动时,依然同时满足区域极点指标约束、预测误差稳态方差指标 约束和H∞指标约束.
2003, 29(5): 791-796.
摘要:
针对目前图像模糊阈值分割法所存在的窗口宽度自动选取困难的问题,在预先给定隶 属函数和图像像素类别数的情况下,提出了图像模糊阈值分割法的自适应窗宽选取方法.同时, 针对用模糊阈值方法难于分割的具有单峰或双峰差别很大的直方图的图像,提出了一种直方图 变换方法,对变换后的直方图,利用自适应模糊阈值分割法可以获取有效的分割.最后,算例表 明了文中所提方法的简洁性、有效性和很好的鲁棒性.
针对目前图像模糊阈值分割法所存在的窗口宽度自动选取困难的问题,在预先给定隶 属函数和图像像素类别数的情况下,提出了图像模糊阈值分割法的自适应窗宽选取方法.同时, 针对用模糊阈值方法难于分割的具有单峰或双峰差别很大的直方图的图像,提出了一种直方图 变换方法,对变换后的直方图,利用自适应模糊阈值分割法可以获取有效的分割.最后,算例表 明了文中所提方法的简洁性、有效性和很好的鲁棒性.
2003, 29(5): 797-800.
摘要:
讨论一类多输入多输出非仿射系统的全局可镇定性,其中该系统的自治系统Lyapunov 稳定.利用LaSalle不变原理,得到系统全局可镇定的充分条件;基于分离原理和降阶观 测器,给出了一类降阶动态输出反馈镇定控制器的设计.
讨论一类多输入多输出非仿射系统的全局可镇定性,其中该系统的自治系统Lyapunov 稳定.利用LaSalle不变原理,得到系统全局可镇定的充分条件;基于分离原理和降阶观 测器,给出了一类降阶动态输出反馈镇定控制器的设计.
