2004年 第30卷 第1期
2004, 30(1): 1-7.
摘要:
研究了采用一个线性状态反馈控制器镇定多个线性奇异摄动系统的问题.同时镇定条 件可以表达为一组矩阵不等式条件,所得条件与摄动参数无关,从而有效地回避了病态问题.采 用基于快慢分解的两步法可以得到镇定控制器增益和相应的Lyapunov函数.而在每一步需要利 用迭代线性矩阵不等式技术求解相应的双线性矩阵不等式,相关定理研究了算法的收敛性.本文 所得结论可同时适用于标准与非标准奇异摄动系统.文末给出了相应的仿真算例.
研究了采用一个线性状态反馈控制器镇定多个线性奇异摄动系统的问题.同时镇定条 件可以表达为一组矩阵不等式条件,所得条件与摄动参数无关,从而有效地回避了病态问题.采 用基于快慢分解的两步法可以得到镇定控制器增益和相应的Lyapunov函数.而在每一步需要利 用迭代线性矩阵不等式技术求解相应的双线性矩阵不等式,相关定理研究了算法的收敛性.本文 所得结论可同时适用于标准与非标准奇异摄动系统.文末给出了相应的仿真算例.
2004, 30(1): 8-19.
摘要:
印鉴在许多东方国家被广泛使用了多年.印鉴自动识别是模式识别中的一项非常困难 的课题.文中对计算机印鉴自动识别的各个阶段进行了仔细研究,并给出一系列相关算法.为了 把"伪造印鉴多出的笔划部分"与"由于印泥渗出而多出的部分"区别开来以及将"伪造印鉴少出 的笔划部分"与"由于印泥少而盖印不清晰的部分"区别开来,文中提出了全差图、内差图、多差 图、少差图等一系列差图的概念,并对这些差图进行了处理.在此基础上,完成了一套完整的计算 机印鉴自动识别方法.实验结果表明,该方法可能在实际应用中是可行的.
印鉴在许多东方国家被广泛使用了多年.印鉴自动识别是模式识别中的一项非常困难 的课题.文中对计算机印鉴自动识别的各个阶段进行了仔细研究,并给出一系列相关算法.为了 把"伪造印鉴多出的笔划部分"与"由于印泥渗出而多出的部分"区别开来以及将"伪造印鉴少出 的笔划部分"与"由于印泥少而盖印不清晰的部分"区别开来,文中提出了全差图、内差图、多差 图、少差图等一系列差图的概念,并对这些差图进行了处理.在此基础上,完成了一套完整的计算 机印鉴自动识别方法.实验结果表明,该方法可能在实际应用中是可行的.
2004, 30(1): 20-26.
摘要:
钢铁原料采购批量问题的目标是确定各种原料在一定时期(通常为一年)的各个时段 (一个月)内的采购量,在满足生产需求的前提下,使总的采购成本和库存费用之和最小.一般批 量问题是NP-hard,目前只存在有限的、启发式的方法求解小规模问题.建立了原料采购批量模 型并提出一种新的方法--列生成与GUB(广义上界)相结合方法求解该模型.一组实际问题测 试结果证明了该方法的有效性,同时也表明了该方法的潜在应用价值.
钢铁原料采购批量问题的目标是确定各种原料在一定时期(通常为一年)的各个时段 (一个月)内的采购量,在满足生产需求的前提下,使总的采购成本和库存费用之和最小.一般批 量问题是NP-hard,目前只存在有限的、启发式的方法求解小规模问题.建立了原料采购批量模 型并提出一种新的方法--列生成与GUB(广义上界)相结合方法求解该模型.一组实际问题测 试结果证明了该方法的有效性,同时也表明了该方法的潜在应用价值.
2004, 30(1): 27-36.
摘要:
最小平方误差算法是最常用的一种经典模式识别和回归分析方法,其目标是使线性函 数输出与期望输出的误差平方和为最小.该文应用满足Meteer条件的核函数和正则化技术,改 造经典的最小平方误差算法,提出了基于核函数和正则化技术的非线性最小平方误差算法,即 最小平方误差算法的正则化核形式,其目标函数包含基于核的非线性函数的输出与期望输出的 误差平方和,及一个适当的正则项.正则化技术可以处理病态问题,同时可以减小解空间和控制 解的推广性,文中采用了三种平方型的正则项,并且根据正则项的概率解释,详细比较了三种正 则项之间的差别.最后,用仿真资料和实际资料进一步分析算法的性能.
最小平方误差算法是最常用的一种经典模式识别和回归分析方法,其目标是使线性函 数输出与期望输出的误差平方和为最小.该文应用满足Meteer条件的核函数和正则化技术,改 造经典的最小平方误差算法,提出了基于核函数和正则化技术的非线性最小平方误差算法,即 最小平方误差算法的正则化核形式,其目标函数包含基于核的非线性函数的输出与期望输出的 误差平方和,及一个适当的正则项.正则化技术可以处理病态问题,同时可以减小解空间和控制 解的推广性,文中采用了三种平方型的正则项,并且根据正则项的概率解释,详细比较了三种正 则项之间的差别.最后,用仿真资料和实际资料进一步分析算法的性能.
2004, 30(1): 37-44.
摘要:
不连续动态系统的适定性(即解的唯一存在性)问题是混合系统研究的基本问题之一.脉 宽调制控制系统可以表示成具有时变仿射不等式约束的分段仿射系统.该文首先在Carathéodory 的解定义下导出了脉宽调制控制系统无滑模和跳跃的解的适定性的充分必要条件.然后利用该 结果对PWM型DC-DC降压变换器的适定性的研究表明当载波信号h(t)=O时闭环PWM DC-DC 变换器总是不适定的,当载波信号h(t)的参数和比例控制器的参数满足一定的条件时，比例 控制的闭环PWM DC-DC变换器是适定的.
不连续动态系统的适定性(即解的唯一存在性)问题是混合系统研究的基本问题之一.脉 宽调制控制系统可以表示成具有时变仿射不等式约束的分段仿射系统.该文首先在Carathéodory 的解定义下导出了脉宽调制控制系统无滑模和跳跃的解的适定性的充分必要条件.然后利用该 结果对PWM型DC-DC降压变换器的适定性的研究表明当载波信号h(t)=O时闭环PWM DC-DC 变换器总是不适定的,当载波信号h(t)的参数和比例控制器的参数满足一定的条件时，比例 控制的闭环PWM DC-DC变换器是适定的.
2004, 30(1): 45-56.
摘要:
基于景象匹配的飞行器导航数字基准地图中需要划分匹配稳定的区域,以提高导航系 统航迹的可靠性.该文首先讨论了描述基准图局部区域匹配稳定性的局部匹配稳健度量指标, 据此定义了适配区的概念.常规的基于相关函数局部匹配稳健度量需要大量的计算时间,难以 实用化.为此,文中采用了三种可快速计算的匹配稳健度量指标:相关主峰曲率、可跟踪度及特 征密度,以及相应的快速算法.同时,引入了一种基于简化Mumford-Shah模型的水平集算法进 行适配区划分,通过演化由模型推导出的偏微分方程,就能得到适配区和非适配区的最优划分. 最后对实际的导航基准图的适配区划分试验表明,该文的适配区分割方法不仅计算速度优于基 于相关函数的方法,而且可以获得合理的适配区分布.
基于景象匹配的飞行器导航数字基准地图中需要划分匹配稳定的区域,以提高导航系 统航迹的可靠性.该文首先讨论了描述基准图局部区域匹配稳定性的局部匹配稳健度量指标, 据此定义了适配区的概念.常规的基于相关函数局部匹配稳健度量需要大量的计算时间,难以 实用化.为此,文中采用了三种可快速计算的匹配稳健度量指标:相关主峰曲率、可跟踪度及特 征密度,以及相应的快速算法.同时,引入了一种基于简化Mumford-Shah模型的水平集算法进 行适配区划分,通过演化由模型推导出的偏微分方程,就能得到适配区和非适配区的最优划分. 最后对实际的导航基准图的适配区划分试验表明,该文的适配区分割方法不仅计算速度优于基 于相关函数的方法,而且可以获得合理的适配区分布.
2004, 30(1): 57-63.
摘要:
针对非线性不确定差分-代数系统(DAS),提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的故 障诊断方法.该方法首先利用已知的DAS标称模型构造一个由差分方程和代数方程组成的辅 助系统,然后基于状态差值与差分方程中的故障以及约束输出差值与代数方程中的故障之间的 关系,将故障辨识问题转化为参数估计问题,最后利用LMI方法对故障进行在线辨识.仿真结 果表明了该方法的有效性.
针对非线性不确定差分-代数系统(DAS),提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的故 障诊断方法.该方法首先利用已知的DAS标称模型构造一个由差分方程和代数方程组成的辅 助系统,然后基于状态差值与差分方程中的故障以及约束输出差值与代数方程中的故障之间的 关系,将故障辨识问题转化为参数估计问题,最后利用LMI方法对故障进行在线辨识.仿真结 果表明了该方法的有效性.
2004, 30(1): 64-69.
摘要:
提出基于小波系数块的运动补偿算法.所谓小波系数块是指图像的部分小波系数,它 们只与图像的某个局部相关.该文提出的算法先在时空域进行运动估计,得到预测块的运动矢 量.然后利用小波系数的局部空频特性,在小波变换域用参考块的小波系数块对预测块的小波 系数块进行补偿.在时空域进行运动估计,可以充分利用视频编码多年来在运动估计方面的研 究成果.在小波变换域上进行运动补偿,则避免了产生额外的频率成分.文中的理论分析和实验 结果都表明,所提出的算法要优于常用的小波视频编码算法.
提出基于小波系数块的运动补偿算法.所谓小波系数块是指图像的部分小波系数,它 们只与图像的某个局部相关.该文提出的算法先在时空域进行运动估计,得到预测块的运动矢 量.然后利用小波系数的局部空频特性,在小波变换域用参考块的小波系数块对预测块的小波 系数块进行补偿.在时空域进行运动估计,可以充分利用视频编码多年来在运动估计方面的研 究成果.在小波变换域上进行运动补偿,则避免了产生额外的频率成分.文中的理论分析和实验 结果都表明,所提出的算法要优于常用的小波视频编码算法.
2004, 30(1): 70-77.
摘要:
离群数据挖掘(0utlier mining,简称离群挖掘)是数据挖掘的重要内容.该文针对时序 数据进行离群数据挖掘方法的研究,提出了离群指数的概念,在此基础上设计了时序数据离群数 据挖掘算法,并对某钢铁企业电力负荷时序数据进行离群数据挖掘,结果表明了算法的有效性.
离群数据挖掘(0utlier mining,简称离群挖掘)是数据挖掘的重要内容.该文针对时序 数据进行离群数据挖掘方法的研究,提出了离群指数的概念,在此基础上设计了时序数据离群数 据挖掘算法,并对某钢铁企业电力负荷时序数据进行离群数据挖掘,结果表明了算法的有效性.
2004, 30(1): 78-85.
摘要:
基于多生物特征的身份鉴别技术已受到越来越多的重视.单个生物特征有其固有的局 限性,通过融合不同的生物特征可以提高身份鉴别系统的验证性能和鲁棒性.该文融合了声纹 和指纹特征,提出了一种改进的ENN方法,并与K-NN、传统ENN方法进行了比较.改进的 ENN将认证率提高了大约2％.同时,又在不同的数据集上比较了改进的ENN方法和基于 Bayes理论的融合系统,分析并评价了两种方法的适用范围和优缺点.实验结果证明了此方法的 有效性.
基于多生物特征的身份鉴别技术已受到越来越多的重视.单个生物特征有其固有的局 限性,通过融合不同的生物特征可以提高身份鉴别系统的验证性能和鲁棒性.该文融合了声纹 和指纹特征,提出了一种改进的ENN方法,并与K-NN、传统ENN方法进行了比较.改进的 ENN将认证率提高了大约2％.同时,又在不同的数据集上比较了改进的ENN方法和基于 Bayes理论的融合系统,分析并评价了两种方法的适用范围和优缺点.实验结果证明了此方法的 有效性.
2004, 30(1): 86-100.
摘要:
摘要强化学习通过试错与环境交互获得策略的改进,其自学习和在线学习的特点使其成为 机器学习研究的一个重要分支.该文首先介绍强化学习的原理和结构;其次构造一个二维分类 图,分别在马尔可夫环境和非马尔可夫环境下讨论最优搜索型和经验强化型两类算法;然后结 合近年来的研究综述了强化学习技术的核心问题,包括部分感知、函数估计、多agent强化学 习,以及偏差技术;最后还简要介绍强化学习的应用情况和未来的发展方向.
摘要强化学习通过试错与环境交互获得策略的改进,其自学习和在线学习的特点使其成为 机器学习研究的一个重要分支.该文首先介绍强化学习的原理和结构;其次构造一个二维分类 图,分别在马尔可夫环境和非马尔可夫环境下讨论最优搜索型和经验强化型两类算法;然后结 合近年来的研究综述了强化学习技术的核心问题,包括部分感知、函数估计、多agent强化学 习,以及偏差技术;最后还简要介绍强化学习的应用情况和未来的发展方向.
2004, 30(1): 101-107.
摘要:
运用信息论的概念和方法考察受随机干扰的线性多变量控制系统,研究了系统变量的 熵率、互信息率和传递函数的H∞熵三者之间的关系讨论了小熵H∞控制方法的信息论意义.同 时得出了系统熵率和互信息率的时域计算方法,为进一步利用信息率作为性能函数研究控制系 统探索了新的途径.
运用信息论的概念和方法考察受随机干扰的线性多变量控制系统,研究了系统变量的 熵率、互信息率和传递函数的H∞熵三者之间的关系讨论了小熵H∞控制方法的信息论意义.同 时得出了系统熵率和互信息率的时域计算方法,为进一步利用信息率作为性能函数研究控制系 统探索了新的途径.
2004, 30(1): 108-113.
摘要:
对零动态解开法用于输出反馈控制进行了详细分析,零动态解开法是一种回路变换法, 通过变换将一个对不稳定对象进行镇定的控制器变换成对非最小相位系统的控制器.变换中虽 然系统的特征方程式不变,但由于回路的结构已经改变,二者的鲁棒性并不等价.文中以一典型 的非最小相位系统为例,详细分析了这种设计方法的鲁棒性.
对零动态解开法用于输出反馈控制进行了详细分析,零动态解开法是一种回路变换法, 通过变换将一个对不稳定对象进行镇定的控制器变换成对非最小相位系统的控制器.变换中虽 然系统的特征方程式不变,但由于回路的结构已经改变,二者的鲁棒性并不等价.文中以一典型 的非最小相位系统为例,详细分析了这种设计方法的鲁棒性.
2004, 30(1): 114-119.
摘要:
设计了一个基于实数编码的改进进化算法优化神经网络的连接权和网络结构.该算法 可以根据种群停止进化代数自适应调节变异率、根据个体适应度调节变异量.加工实验表明采用 进化神经网络可以较准确预测出电火花铣削加工工具损耗,所提出的进化算法是有效的,预测结 果较标准BP神经网络高.该预测模型为电火花铣削加工工具在线自动补偿打下基础.
设计了一个基于实数编码的改进进化算法优化神经网络的连接权和网络结构.该算法 可以根据种群停止进化代数自适应调节变异率、根据个体适应度调节变异量.加工实验表明采用 进化神经网络可以较准确预测出电火花铣削加工工具损耗,所提出的进化算法是有效的,预测结 果较标准BP神经网络高.该预测模型为电火花铣削加工工具在线自动补偿打下基础.
2004, 30(1): 120-125.
摘要:
基于向量形式的非线性Backstepping方法,对多变量模型参考自适应控制(MRAC)系 统设计出新的自适应控制器.该设计机制减弱了现有研究中对高频增益矩阵的假定条件,使某些 系统关于高频增益矩阵的假定条件便于检验,从而该控制器的实用范围更广.该控制器能保证系 统的全局稳定性,跟踪误差趋于零并且是平方可积的.
基于向量形式的非线性Backstepping方法,对多变量模型参考自适应控制(MRAC)系 统设计出新的自适应控制器.该设计机制减弱了现有研究中对高频增益矩阵的假定条件,使某些 系统关于高频增益矩阵的假定条件便于检验,从而该控制器的实用范围更广.该控制器能保证系 统的全局稳定性,跟踪误差趋于零并且是平方可积的.
2004, 30(1): 126-130.
摘要:
应用经典稳态Kalman滤波理论提出了设计Wiener状态估值器的新方法,其原理是: 基于在Wiener滤波器形式下的稳态Kalman滤波器和预报器及ARMA新息模型,由稳态最优非 递推状态估值器的递推变形引出Wiener状态估值器.所提出的Wiener状态估值器可统一处理状 态滤波、预报和平滑问题.它们具有ARMA递推形式,且具有渐近稳定性和最优性,仿真例子说 明了它们的有效性.
应用经典稳态Kalman滤波理论提出了设计Wiener状态估值器的新方法,其原理是: 基于在Wiener滤波器形式下的稳态Kalman滤波器和预报器及ARMA新息模型,由稳态最优非 递推状态估值器的递推变形引出Wiener状态估值器.所提出的Wiener状态估值器可统一处理状 态滤波、预报和平滑问题.它们具有ARMA递推形式,且具有渐近稳定性和最优性,仿真例子说 明了它们的有效性.
2004, 30(1): 131-136.
摘要:
提出了一种基于专家系统及变步长预测控制的实时非线性系统控制方法.变步长一步 预测的使用不但打破了原有采样时间对预测控制最小步长的限制,而且有效地避开了复杂的非 线性推导.结合系统控制目标,设计了一类新的系统优化性能指标函数.利用专家系统实时地对 系统优化性能指标当中的控制参数进行修正,有效地提高了滚动优化的效率,从而实现对复杂 非线性系统的实时控制.利用这种方法,有效地实现了对三级倒立摆的稳定实时控制.
提出了一种基于专家系统及变步长预测控制的实时非线性系统控制方法.变步长一步 预测的使用不但打破了原有采样时间对预测控制最小步长的限制,而且有效地避开了复杂的非 线性推导.结合系统控制目标,设计了一类新的系统优化性能指标函数.利用专家系统实时地对 系统优化性能指标当中的控制参数进行修正,有效地提高了滚动优化的效率,从而实现对复杂 非线性系统的实时控制.利用这种方法,有效地实现了对三级倒立摆的稳定实时控制.
2004, 30(1): 137-142.
摘要:
为缩短系统级BIT的平均故障隔离时间,吸取直接熵法的基本思想,运用信息流模型 和信息理论,提出系统级故障隔离的间接熵法,并讨论了工程中应用间接熵法时所需考虑的相关 问题.实验验证和理论分析表明,该方法弥补了直接熵法构造故障隔离策略时需进行人工干预、计 算复杂性高的不足;在不等故障概率的假设条件下,平均故障隔离时间比直接熵法减少约38%.
为缩短系统级BIT的平均故障隔离时间,吸取直接熵法的基本思想,运用信息流模型 和信息理论,提出系统级故障隔离的间接熵法,并讨论了工程中应用间接熵法时所需考虑的相关 问题.实验验证和理论分析表明,该方法弥补了直接熵法构造故障隔离策略时需进行人工干预、计 算复杂性高的不足;在不等故障概率的假设条件下,平均故障隔离时间比直接熵法减少约38%.
2004, 30(1): 144-150.
摘要:
针对一类具有多个子系统的欠驱动非线性系统提出了一种自适应滑模模糊控制方法. 首先通过分析模糊控制与边界层滑模控制的相似性,提出了滑模模糊控制方法;然后根据滑模 面斜率和各子系统控制对于系统动态性能的影响,分别采用模糊推理根据系统状态自动地实时 调节滑模面斜率和各子系统在系统控制中的作用;最后通过简单的滑模模糊控制器实现对具有 多个子系统的欠驱动非线性系统的控制.将该方法应用于吊车的运输控制中,仿真结果证明了 其有效性和鲁棒性.
针对一类具有多个子系统的欠驱动非线性系统提出了一种自适应滑模模糊控制方法. 首先通过分析模糊控制与边界层滑模控制的相似性,提出了滑模模糊控制方法;然后根据滑模 面斜率和各子系统控制对于系统动态性能的影响,分别采用模糊推理根据系统状态自动地实时 调节滑模面斜率和各子系统在系统控制中的作用;最后通过简单的滑模模糊控制器实现对具有 多个子系统的欠驱动非线性系统的控制.将该方法应用于吊车的运输控制中,仿真结果证明了 其有效性和鲁棒性.
2004, 30(1): 151-154.
摘要:
介绍了一类广义系统H∞控制器的设计过程.通过设计基于观测器的具有反馈增益变 化的广义控制器,借助于带有广义约束的广义代数Riccati不等式(GARI),给出闭环广义系统 容许且传递函数的H∞范数有界的充要条件.通过解带有广义约束的GARI得到该控制器的设 计方法,并且控制器的参数矩阵只需使观测器容许.
介绍了一类广义系统H∞控制器的设计过程.通过设计基于观测器的具有反馈增益变 化的广义控制器,借助于带有广义约束的广义代数Riccati不等式(GARI),给出闭环广义系统 容许且传递函数的H∞范数有界的充要条件.通过解带有广义约束的GARI得到该控制器的设 计方法,并且控制器的参数矩阵只需使观测器容许.
2004, 30(1): 155-160.
摘要:
许多混沌系统可以转化为一个Lur'e系统.本文采用时滞反馈控制技术研究了一般 Lur'e系统的混沌同步问题,改进了最近有关文献的结果.通过利用Lyapunov-Krasovskii函数 法得到了时滞无关的线性矩阵不等式(LMI)判据,而且还通过利用M-矩阵等方法,得到了易于 检验的时滞相关与时滞无关的代数判据,利用这些结果给出了这种反馈控制器的设计方法;最 后,给出的例子阐明了所得到的结果.
许多混沌系统可以转化为一个Lur'e系统.本文采用时滞反馈控制技术研究了一般 Lur'e系统的混沌同步问题,改进了最近有关文献的结果.通过利用Lyapunov-Krasovskii函数 法得到了时滞无关的线性矩阵不等式(LMI)判据,而且还通过利用M-矩阵等方法,得到了易于 检验的时滞相关与时滞无关的代数判据,利用这些结果给出了这种反馈控制器的设计方法;最 后,给出的例子阐明了所得到的结果.
