2015年 第41卷 第1期
2015, 41(1): 1-8.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c000001
摘要:
知识自动化是智能化、人机化、自动化等的有机融合.从Cyberspace、社会信号和默顿系统等的兴起这一时代特征为出发点, 讨论知识自动化的意义与相关发展问题, 从智能算法到知识机器人讨论其技术基础及趋势, 从软件定义的系统和流程探讨其与系统工程的内在关联, 从平行系统的角度阐述其在复杂控制和管理过程中的重要作用.
知识自动化是智能化、人机化、自动化等的有机融合.从Cyberspace、社会信号和默顿系统等的兴起这一时代特征为出发点, 讨论知识自动化的意义与相关发展问题, 从智能算法到知识机器人讨论其技术基础及趋势, 从软件定义的系统和流程探讨其与系统工程的内在关联, 从平行系统的角度阐述其在复杂控制和管理过程中的重要作用.
2015, 41(1): 9-21.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140322
摘要:
非线性非最小相位系统是指具有不稳定零动态或内部动态的非线性系统, 其本身固有的非最小相位特性限制了许多常规非线性控制方法(如反推控制、反馈线性化、滑模控制等)的直接应用. 因此, 非最小相位系统的控制比最小相位系统要困难得多, 是控制理论与工程应用中具有挑战性的课题之一. 本文综述了目前非线性非最小相位系统的研究成果, 着重介绍了非最小相位系统的成因、特性、 理想内模求解等问题, 并对其镇定、轨迹跟踪及路径跟踪等控制方法进行了分析比较. 最后, 讨论了非线性非最小相位系统研究领域中尚存在的问题, 并对其未来发展方向进行了展望.
非线性非最小相位系统是指具有不稳定零动态或内部动态的非线性系统, 其本身固有的非最小相位特性限制了许多常规非线性控制方法(如反推控制、反馈线性化、滑模控制等)的直接应用. 因此, 非最小相位系统的控制比最小相位系统要困难得多, 是控制理论与工程应用中具有挑战性的课题之一. 本文综述了目前非线性非最小相位系统的研究成果, 着重介绍了非最小相位系统的成因、特性、 理想内模求解等问题, 并对其镇定、轨迹跟踪及路径跟踪等控制方法进行了分析比较. 最后, 讨论了非线性非最小相位系统研究领域中尚存在的问题, 并对其未来发展方向进行了展望.
2015, 41(1): 22-37.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140087
摘要:
动态压缩感(Dynamic compressed sensing, DCS)知由视频信号处理问题引出, 是压缩感知(Compressed sensing, CS)理论研究领域中新兴起的一个研究分支, 旨在处理信号支撑集随时间发生变化的时变稀疏信号, 较为成功的应用范例是动态核磁共振成像. 本文首先介绍动态系统模型, 给出时变稀疏信号支撑集缓慢变化的定义、 时变稀疏信号的稀疏表示和感知测量的方法; 其次, 建立一个统一的时变稀疏信号重构模型, 基于该模型对现有算法进行分类, 简要综述时变稀疏信号的重构算法, 并且对比分析算法的性能; 最后, 讨论动态压缩感知的应用, 并对其研究前景进行展望.
动态压缩感(Dynamic compressed sensing, DCS)知由视频信号处理问题引出, 是压缩感知(Compressed sensing, CS)理论研究领域中新兴起的一个研究分支, 旨在处理信号支撑集随时间发生变化的时变稀疏信号, 较为成功的应用范例是动态核磁共振成像. 本文首先介绍动态系统模型, 给出时变稀疏信号支撑集缓慢变化的定义、 时变稀疏信号的稀疏表示和感知测量的方法; 其次, 建立一个统一的时变稀疏信号重构模型, 基于该模型对现有算法进行分类, 简要综述时变稀疏信号的重构算法, 并且对比分析算法的性能; 最后, 讨论动态压缩感知的应用, 并对其研究前景进行展望.
2015, 41(1): 38-46.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c131121
摘要:
对末制导中估计器与制导律设计方法的最新进展进行了较为全面的综述. 首先根据确定性等价定理(Certainty equivalence principle, CEP)是否成立,给出了现有设计方法的三种分类; 随后对三类方法中典型算法的基本思想、优缺点以及相互关系做了详细介绍; 最后提出了进一步优化现有估计器与制导律设计的新思路,并展望了改善大机动目标拦截末制导性能方法的发展方向.
对末制导中估计器与制导律设计方法的最新进展进行了较为全面的综述. 首先根据确定性等价定理(Certainty equivalence principle, CEP)是否成立,给出了现有设计方法的三种分类; 随后对三类方法中典型算法的基本思想、优缺点以及相互关系做了详细介绍; 最后提出了进一步优化现有估计器与制导律设计的新思路,并展望了改善大机动目标拦截末制导性能方法的发展方向.
2015, 41(1): 47-58.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c130804
摘要:
针对城市移动轨迹模式挖掘问题展开研究, 提出移动全局模式与移动过程模式相结合的挖掘方法, 即通过移动轨迹的起始位置点--终点位置点 (Origin-destination, OD点) 与移动过程序列分别进行移动全局模式与过程模式的发现. 在移动全局模式发现中, 提出了弹性多尺度空间划分方法, 避免了硬性等尺度网格划分对密集区域边缘的破坏, 同时增强了密集区域与稀疏区域的区分能力.在移动过程模式发现中, 提出了基于移动轨迹的路网拓扑关系模型构建方法, 通过路网关键位置点的探测抽取拓扑关系模型.最后基于空间划分集合与路网拓扑模型对原始 移动轨迹数据进行序列数据转换与频繁模式挖掘. 通过深圳市出租车历史 GPS 轨迹数据的实验结果表明, 该方法与现有方法相比在区域划分、数据转换等方面具有更好的性能, 同时挖掘结果语义更为丰富, 可解释性更强.
针对城市移动轨迹模式挖掘问题展开研究, 提出移动全局模式与移动过程模式相结合的挖掘方法, 即通过移动轨迹的起始位置点--终点位置点 (Origin-destination, OD点) 与移动过程序列分别进行移动全局模式与过程模式的发现. 在移动全局模式发现中, 提出了弹性多尺度空间划分方法, 避免了硬性等尺度网格划分对密集区域边缘的破坏, 同时增强了密集区域与稀疏区域的区分能力.在移动过程模式发现中, 提出了基于移动轨迹的路网拓扑关系模型构建方法, 通过路网关键位置点的探测抽取拓扑关系模型.最后基于空间划分集合与路网拓扑模型对原始 移动轨迹数据进行序列数据转换与频繁模式挖掘. 通过深圳市出租车历史 GPS 轨迹数据的实验结果表明, 该方法与现有方法相比在区域划分、数据转换等方面具有更好的性能, 同时挖掘结果语义更为丰富, 可解释性更强.
2015, 41(1): 59-66.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140095
摘要:
为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态, 提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer, FT-LESO), 它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计. 假设系统的状态无法量测, 观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题. 针对该问题, 提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法, 得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系. 在此基础上, 提出有限时间线性扩张状态观测器, 得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系, 给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内, 为观测器参数设计提供理论依据. 通过数值仿真验证提出的观测器, 仿真结果与理论分析相符, 提出的观测器是有效的.
为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态, 提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer, FT-LESO), 它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计. 假设系统的状态无法量测, 观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题. 针对该问题, 提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法, 得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系. 在此基础上, 提出有限时间线性扩张状态观测器, 得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系, 给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内, 为观测器参数设计提供理论依据. 通过数值仿真验证提出的观测器, 仿真结果与理论分析相符, 提出的观测器是有效的.
2015, 41(1): 67-74.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140031
摘要:
控制向量参数化(Control vector parameterization, CVP) 方法是目前求解流程工业中最优操作问题的主流数值方法,然而,该方法的主要缺点之一是 计算效率较低,这是因为在求解生成的非线性规划(Nonlinear programming, NLP) 问题时,需要随着控制参数的调整,反复不断地求解相关的微分方程组,这也是CVP 方法中最耗时的部分.为了提高CVP 方法的计算效率,本文提出一种新颖的快速近似方法,能够有效减少微分方程组、函数值以及 梯度的计算量.最后,两个经典的最优控制问题上的测试结果及与国外成熟的最优控制 软件的比较研究表明:本文提出的快速近似CVP 方法在精度和效率上兼有良好的表现.
控制向量参数化(Control vector parameterization, CVP) 方法是目前求解流程工业中最优操作问题的主流数值方法,然而,该方法的主要缺点之一是 计算效率较低,这是因为在求解生成的非线性规划(Nonlinear programming, NLP) 问题时,需要随着控制参数的调整,反复不断地求解相关的微分方程组,这也是CVP 方法中最耗时的部分.为了提高CVP 方法的计算效率,本文提出一种新颖的快速近似方法,能够有效减少微分方程组、函数值以及 梯度的计算量.最后,两个经典的最优控制问题上的测试结果及与国外成熟的最优控制 软件的比较研究表明:本文提出的快速近似CVP 方法在精度和效率上兼有良好的表现.
2015, 41(1): 75-83.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140232
摘要:
针对高炉(Blast furnace, BF)软熔带位置状态影响因素复杂多样且具有层次性和模糊性的特点, 提出了基于熵权--可拓理论的高炉软熔带位置状态两级模糊综合评判的新方法. 首先,在对高炉生产过程参数进行整理、分类的基础上, 采用可拓理论和熵权法确定第一级评判的隶属矩阵和模糊权向量, 进行一级模糊评判. 其次,以一级评判结果矩阵构成第二级评判的隶属矩阵, 并结合层次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)确定的第二级模糊权向量, 进行二级模糊评判. 利用物元的可拓性定性分析和可拓集合论的关联函数定量计算相结合的方法, 实现对高炉软熔带位置状态的两级模糊综合评判. 最后,以某钢铁厂2650m3高炉为实例对其软熔带位置状态进行综合评判, 所得结果与现场实际情况吻合良好.
针对高炉(Blast furnace, BF)软熔带位置状态影响因素复杂多样且具有层次性和模糊性的特点, 提出了基于熵权--可拓理论的高炉软熔带位置状态两级模糊综合评判的新方法. 首先,在对高炉生产过程参数进行整理、分类的基础上, 采用可拓理论和熵权法确定第一级评判的隶属矩阵和模糊权向量, 进行一级模糊评判. 其次,以一级评判结果矩阵构成第二级评判的隶属矩阵, 并结合层次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)确定的第二级模糊权向量, 进行二级模糊评判. 利用物元的可拓性定性分析和可拓集合论的关联函数定量计算相结合的方法, 实现对高炉软熔带位置状态的两级模糊综合评判. 最后,以某钢铁厂2650m3高炉为实例对其软熔带位置状态进行综合评判, 所得结果与现场实际情况吻合良好.
2015, 41(1): 84-93.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140154
摘要:
为了解决步进驱动系统运动控制中的振荡、 丢步和失调等问题, 改善步进驱动系统的控制性能, 优化步进驱动系统的控制, 通过研究步进驱动系统的微步驱动控制过程, 建立了步进驱动系统的微步驱动数学模型, 提出了步进驱动系统的仿真建模方法, 通过仿真模型的数值模拟分析了大振荡、丢步及失调问题的产生原因并 建立了大振荡及丢步的机理模型, 在此基础上进一步提出了基于稳态截止频率的速度轨迹优化控制方法. 最后, 通过一个实例进行了实验验证. 结果表明: 该建模方法能够准确地描述步进驱动系统的特性, 速度轨迹优化控制方法能够有效地消除摆臂系统的大振荡、 丢步、失调等严重问题, 显著提高了摆臂系统运动平稳性及精密定位能力.
为了解决步进驱动系统运动控制中的振荡、 丢步和失调等问题, 改善步进驱动系统的控制性能, 优化步进驱动系统的控制, 通过研究步进驱动系统的微步驱动控制过程, 建立了步进驱动系统的微步驱动数学模型, 提出了步进驱动系统的仿真建模方法, 通过仿真模型的数值模拟分析了大振荡、丢步及失调问题的产生原因并 建立了大振荡及丢步的机理模型, 在此基础上进一步提出了基于稳态截止频率的速度轨迹优化控制方法. 最后, 通过一个实例进行了实验验证. 结果表明: 该建模方法能够准确地描述步进驱动系统的特性, 速度轨迹优化控制方法能够有效地消除摆臂系统的大振荡、 丢步、失调等严重问题, 显著提高了摆臂系统运动平稳性及精密定位能力.
2015, 41(1): 94-103.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140140
摘要:
随机供应中断和退货环境下库存变化, 失去传统上的单调性, 呈现复杂的随机波动状态, 从而, 极大地增加了控制难度. 为解决系统库存的短缺和超储问题, 本文提出一个应急控制(包括应急采购和应急处理)策略. 在库存水平的动态变化表示为Lévy过程条件下, 利用连续时间Markov链、更新过程和鞅理论, 构建了系统期望折扣总利润模型, 并设计了交叉熵法确定最优控制策略. 仿真结果表明, 中断强度和类型及退货批次和批量, 对最优应急处理水平和应急采购量均有较大影响. 而退货类型仅影响最优应急处理水平, 对最优应急采购量影响较小.
随机供应中断和退货环境下库存变化, 失去传统上的单调性, 呈现复杂的随机波动状态, 从而, 极大地增加了控制难度. 为解决系统库存的短缺和超储问题, 本文提出一个应急控制(包括应急采购和应急处理)策略. 在库存水平的动态变化表示为Lévy过程条件下, 利用连续时间Markov链、更新过程和鞅理论, 构建了系统期望折扣总利润模型, 并设计了交叉熵法确定最优控制策略. 仿真结果表明, 中断强度和类型及退货批次和批量, 对最优应急处理水平和应急采购量均有较大影响. 而退货类型仅影响最优应急处理水平, 对最优应急采购量影响较小.
2015, 41(1): 104-112.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140169
摘要:
研究了带有简单线性恶化工件和释放时间的两个代理单机调度问题. 所有工件在一台机器上加工, 每个代理有各自依赖于自己工件的优化目标. 针对工件释放时间相同与不同两种情况, 研究了有约束的优化模型, 即找到调度最小化一个代理的目标函数而使得另一个代理的目标函数不超过一个给定的上界. 当工件具有相同的释放时间, 我们主要考虑的目标函数有: 总加权完工时间和总加权拖期工件数. 当工件具有不同释放时间, 我们考虑的目标函数有: 最大完工时间、总完工时间以及拖期工件数. 对于每一个问题, 我们分析了问题的计算复杂性. 此外, 对于NP难问题的一些特殊情况本文分析了最优解性质, 基于这些性质给出了最优算法.
研究了带有简单线性恶化工件和释放时间的两个代理单机调度问题. 所有工件在一台机器上加工, 每个代理有各自依赖于自己工件的优化目标. 针对工件释放时间相同与不同两种情况, 研究了有约束的优化模型, 即找到调度最小化一个代理的目标函数而使得另一个代理的目标函数不超过一个给定的上界. 当工件具有相同的释放时间, 我们主要考虑的目标函数有: 总加权完工时间和总加权拖期工件数. 当工件具有不同释放时间, 我们考虑的目标函数有: 最大完工时间、总完工时间以及拖期工件数. 对于每一个问题, 我们分析了问题的计算复杂性. 此外, 对于NP难问题的一些特殊情况本文分析了最优解性质, 基于这些性质给出了最优算法.
2015, 41(1): 113-121.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c131081
摘要:
研究含有不确定性的连续时间随机被控对象的鲁棒多模型自适应控制(Robust multiple model adaptive control, RMMAC)的闭环稳定性问题. 通过采用基于模型输出误差指标的 加权算法取代传统的基于卡尔曼滤波器和贝叶斯后验概率公式的加权算法, 在权值收敛的前提下, 基于虚拟等价系统(Virtual equivalent system, VES)理论给出了此类鲁棒多模型自适应控制系统的闭环稳定性证明, 并将结果推广到可以用多个线性系统系统模型进行逼近的 一类非线性慢时变被控对象.
研究含有不确定性的连续时间随机被控对象的鲁棒多模型自适应控制(Robust multiple model adaptive control, RMMAC)的闭环稳定性问题. 通过采用基于模型输出误差指标的 加权算法取代传统的基于卡尔曼滤波器和贝叶斯后验概率公式的加权算法, 在权值收敛的前提下, 基于虚拟等价系统(Virtual equivalent system, VES)理论给出了此类鲁棒多模型自适应控制系统的闭环稳定性证明, 并将结果推广到可以用多个线性系统系统模型进行逼近的 一类非线性慢时变被控对象.
2015, 41(1): 122-135.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140293
摘要:
提出了一种适用于线性和非线性系统的带多步随机延迟量测高斯滤波器的一般框架解. 为了完成状态的递归更新估计, 噪声向量和先前时刻状态向量被扩展到当前时刻状态向量中. 然后基于贝叶斯方法推导了扩展后状态向量的一般框架解. 对于非线性系统, 通过利用不同的数值计算方法计算贝叶斯解中的高斯加权积分可以推导获得不同的高斯近似滤波器. 最后本文利用三阶球径容积准则来实施提出的方法, 并通过量测被随机延迟多步的目标跟踪模型对所提出的方法进行了仿真, 仿真结果验证了提出方法的有效性和优点.
提出了一种适用于线性和非线性系统的带多步随机延迟量测高斯滤波器的一般框架解. 为了完成状态的递归更新估计, 噪声向量和先前时刻状态向量被扩展到当前时刻状态向量中. 然后基于贝叶斯方法推导了扩展后状态向量的一般框架解. 对于非线性系统, 通过利用不同的数值计算方法计算贝叶斯解中的高斯加权积分可以推导获得不同的高斯近似滤波器. 最后本文利用三阶球径容积准则来实施提出的方法, 并通过量测被随机延迟多步的目标跟踪模型对所提出的方法进行了仿真, 仿真结果验证了提出方法的有效性和优点.
2015, 41(1): 136-146.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c131094
摘要:
航空发动机装配工序数量多、工序间装配约束复杂. 当产品需求变化时, 人工调整存在响应速度慢、装配效率低等问题. 以最小化产品完工成本、工序提前期惩罚成本及班组重构成本加权和为目标, 建立了航空发动机装配线调度和装配班组自重构优化模型. 提出一种新的基于工序局部最优排序的分解算法, 将调度问题分解为单个装配组上工序顺序优化问题. 设计了一种工序后向插入搜索策略. 最后提出装配线调度及自重构集成优化算法. 通过数值试验,验证了模型与算法的有效性.
航空发动机装配工序数量多、工序间装配约束复杂. 当产品需求变化时, 人工调整存在响应速度慢、装配效率低等问题. 以最小化产品完工成本、工序提前期惩罚成本及班组重构成本加权和为目标, 建立了航空发动机装配线调度和装配班组自重构优化模型. 提出一种新的基于工序局部最优排序的分解算法, 将调度问题分解为单个装配组上工序顺序优化问题. 设计了一种工序后向插入搜索策略. 最后提出装配线调度及自重构集成优化算法. 通过数值试验,验证了模型与算法的有效性.
2015, 41(1): 147-156.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140202
摘要:
针对节点扩张的时滞复杂网络系统, 在节点扩张的条件下, 讨论此类系统的同步保性能控制问题. 首先采用自适应控制方法, 利用Lyapunov-Krasovskii稳定性理论,结合矩阵不等式的凸优化问题处理方法, 得出了时 滞复杂网络系统保性能控制器存在的充分条件; 当系统节点的扩张后, 在原有自适应控制器不能使系统同步稳定的条件下, 设计脉冲控制器, 利用牵制控制原理使系统达到稳定同步. 所设计的自适应动态反馈控制器在保证系统的渐近稳定条件下使系 统性能指标满足一定的要求. 最后给出一个数值仿真说明其有效性.
针对节点扩张的时滞复杂网络系统, 在节点扩张的条件下, 讨论此类系统的同步保性能控制问题. 首先采用自适应控制方法, 利用Lyapunov-Krasovskii稳定性理论,结合矩阵不等式的凸优化问题处理方法, 得出了时 滞复杂网络系统保性能控制器存在的充分条件; 当系统节点的扩张后, 在原有自适应控制器不能使系统同步稳定的条件下, 设计脉冲控制器, 利用牵制控制原理使系统达到稳定同步. 所设计的自适应动态反馈控制器在保证系统的渐近稳定条件下使系 统性能指标满足一定的要求. 最后给出一个数值仿真说明其有效性.
2015, 41(1): 157-164.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140133
摘要:
讨论迭代初态与期望初态存在固定偏移情形下 的迭代学习控制问题, 提出带有反馈辅助项的PD型迭代学习控制算法, 可实现系统输出对期望轨迹的渐近跟踪. 为了进一步实现输出轨迹在预定有限区间上对期望轨迹的完全跟踪, 提出分别带有初始修正作用和终态吸引的学习算法. 文中给出所提出的学习算法的极限轨迹, 并对学习算法进行收敛性分析, 推导出收敛性充分条件, 可用于学习增益的确定. 通过数值结果, 验证所提学习算法的有效性.
讨论迭代初态与期望初态存在固定偏移情形下 的迭代学习控制问题, 提出带有反馈辅助项的PD型迭代学习控制算法, 可实现系统输出对期望轨迹的渐近跟踪. 为了进一步实现输出轨迹在预定有限区间上对期望轨迹的完全跟踪, 提出分别带有初始修正作用和终态吸引的学习算法. 文中给出所提出的学习算法的极限轨迹, 并对学习算法进行收敛性分析, 推导出收敛性充分条件, 可用于学习增益的确定. 通过数值结果, 验证所提学习算法的有效性.
2015, 41(1): 165-175.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140359
摘要:
基于反馈耗散Hamilton理论研究了可逆冷带轧机速度张力系统的无张力计控制问题. 首先,对系统速度张力外环(主轧机速度环和左、右卷取机张力控制环)进行预反馈控制, 并采用反馈耗散Hamilton理论完成了速度张力外环控制器的设计. 其次, 为了实现系统的无张力计控制及对摄动参数的自适应估计, 基于"扩张系统+反馈"方法完成了系统速度张力外环自适应状态观测器的设计. 再次, 为了实现可逆冷带轧机主轧机速度和左、右卷取机张力间的协调控制及对外扰不确定项的干扰抑制, 基于backstepping方法完成了系统电流内环鲁棒控制器的设计. 理论分析表明, 所提出的控制方法能够保证闭环系统的鲁棒稳定性. 最后, 基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真, 并同串级PI控制方法相比较, 结果验证了本文所提方法的有效性.
基于反馈耗散Hamilton理论研究了可逆冷带轧机速度张力系统的无张力计控制问题. 首先,对系统速度张力外环(主轧机速度环和左、右卷取机张力控制环)进行预反馈控制, 并采用反馈耗散Hamilton理论完成了速度张力外环控制器的设计. 其次, 为了实现系统的无张力计控制及对摄动参数的自适应估计, 基于"扩张系统+反馈"方法完成了系统速度张力外环自适应状态观测器的设计. 再次, 为了实现可逆冷带轧机主轧机速度和左、右卷取机张力间的协调控制及对外扰不确定项的干扰抑制, 基于backstepping方法完成了系统电流内环鲁棒控制器的设计. 理论分析表明, 所提出的控制方法能够保证闭环系统的鲁棒稳定性. 最后, 基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真, 并同串级PI控制方法相比较, 结果验证了本文所提方法的有效性.
2015, 41(1): 176-179.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c141079
摘要:
近年来, 一种基于系统层次结构的分层控制方法发展了起来, 它主要针对的是高阶复杂系统. 为了分析和控制这类系统, 我们首先根据需要构建一个合适的低阶抽象系统, 然后在此基础上分析和设计原始系统控制律, 即所谓的接口函数. 本文将此方法用于一类高阶线性系统的稳定控制问题, 并得到了相应的控制律. 最后, 算例部分的仿真结果说明了这种方法的有效性.
近年来, 一种基于系统层次结构的分层控制方法发展了起来, 它主要针对的是高阶复杂系统. 为了分析和控制这类系统, 我们首先根据需要构建一个合适的低阶抽象系统, 然后在此基础上分析和设计原始系统控制律, 即所谓的接口函数. 本文将此方法用于一类高阶线性系统的稳定控制问题, 并得到了相应的控制律. 最后, 算例部分的仿真结果说明了这种方法的有效性.
2015, 41(1): 180-185.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140001
摘要:
研究了leader有控制输入且followers未知该输入条件下的线性多智能 体一致性跟踪问题.提出两种一致性跟踪算法,证明两种算法在leader到followers存在一棵 有向生成树且follower间拓扑是有向条件下,网络就能跟踪leader的状态.对于第一种算法,节点根 据相邻节点或leader的状态来求解其控制输入,并基于代数Riccati不等式给出 连续情形下算法稳定性条件.第二种算法直接利用相邻节点或leader的状态,使followers在上述网络条件下跟踪leader的状态,同样基于代数Riccati不等式给出算法稳定性条件. 仿真结果验证了算法的有效性.
研究了leader有控制输入且followers未知该输入条件下的线性多智能 体一致性跟踪问题.提出两种一致性跟踪算法,证明两种算法在leader到followers存在一棵 有向生成树且follower间拓扑是有向条件下,网络就能跟踪leader的状态.对于第一种算法,节点根 据相邻节点或leader的状态来求解其控制输入,并基于代数Riccati不等式给出 连续情形下算法稳定性条件.第二种算法直接利用相邻节点或leader的状态,使followers在上述网络条件下跟踪leader的状态,同样基于代数Riccati不等式给出算法稳定性条件. 仿真结果验证了算法的有效性.
2015, 41(1): 186-193.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c130797
摘要:
在窄带主动噪声控制(Active noise control, ANC)系统中, 参考信号频率失调(Frequency mismatch, FM)和噪声信号非平稳将会使系统性能下降, 甚至失效. 本文提出一种基于动量最小均方的改进FM补偿算法, 通过在代价函数中引入加权累加的平方误差, 提升系统的追踪和收敛能力. 并分别与基于滤波-X 最小均方(Filtered -X least mean square, FXLMS)、滤波-X 递归最小二乘(Filtered -X recursive least square, FXRLS)和变步长滤波-X最小均方(Variable step-size filtered -X least mean square, VSS-FXLMS)算法的主控制系统结合, 共同完成系统综合性能的提高. 大量仿真分析表明, 新的FM补偿算法在非平稳的FM和离散傅里叶系数翻转的条件下仍能保持较高的追踪能力和合理的残余误差.
在窄带主动噪声控制(Active noise control, ANC)系统中, 参考信号频率失调(Frequency mismatch, FM)和噪声信号非平稳将会使系统性能下降, 甚至失效. 本文提出一种基于动量最小均方的改进FM补偿算法, 通过在代价函数中引入加权累加的平方误差, 提升系统的追踪和收敛能力. 并分别与基于滤波-X 最小均方(Filtered -X least mean square, FXLMS)、滤波-X 递归最小二乘(Filtered -X recursive least square, FXRLS)和变步长滤波-X最小均方(Variable step-size filtered -X least mean square, VSS-FXLMS)算法的主控制系统结合, 共同完成系统综合性能的提高. 大量仿真分析表明, 新的FM补偿算法在非平稳的FM和离散傅里叶系数翻转的条件下仍能保持较高的追踪能力和合理的残余误差.
2015, 41(1): 193-202.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140263
摘要:
二阶滑模作为高阶滑模的特殊情形, 不仅具有传统滑模鲁棒性强、对外界干扰不敏感的特点, 而且能够有效地消弱传统一阶滑模中存在的"抖振"现象. 本文设计了一种新的二阶滑模控制算法. 该算法的优点是假设不确定性是由非负函数限制而不是由常数限定. 因此, 该算法在实际应用中具有更广的应用范围. 此外, 算法中的加幂积分技术保证了系统在有限时间内稳定, 而不是传统二阶滑模中普遍存在的有限时间收敛, 并给出了严格的数学证明. 最后, 在倒立摆控制中的应用验证了该算法的有效性.
二阶滑模作为高阶滑模的特殊情形, 不仅具有传统滑模鲁棒性强、对外界干扰不敏感的特点, 而且能够有效地消弱传统一阶滑模中存在的"抖振"现象. 本文设计了一种新的二阶滑模控制算法. 该算法的优点是假设不确定性是由非负函数限制而不是由常数限定. 因此, 该算法在实际应用中具有更广的应用范围. 此外, 算法中的加幂积分技术保证了系统在有限时间内稳定, 而不是传统二阶滑模中普遍存在的有限时间收敛, 并给出了严格的数学证明. 最后, 在倒立摆控制中的应用验证了该算法的有效性.
2015, 41(1): 203-208.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140022
摘要:
研究了一类通信受限下网络化多传感器系统的 Kalman 融合估计问题, 其中通信受限 是指系统在一个采样周期内只允许有限个传感器与融合中心通信. 首先, 提出了一种周期性分组传输的通信策略, 并将每组传感器所对应的局部估计系统描述成一个离散周期子系统模型. 其次, 每个子系统根据最新测量信息的更新时刻, 选择相应的 Kalman 估计器 (滤波器或预报器), 从而得到各子系统在每一时刻的一个局部最优估计, 再通过矩阵加权线性最小方差最优融合准则得到最优融合估计,并给出了Kalman融合估计器的设计方法. 最后, 通过一个目标跟踪例子验证所提方法的有效性.
研究了一类通信受限下网络化多传感器系统的 Kalman 融合估计问题, 其中通信受限 是指系统在一个采样周期内只允许有限个传感器与融合中心通信. 首先, 提出了一种周期性分组传输的通信策略, 并将每组传感器所对应的局部估计系统描述成一个离散周期子系统模型. 其次, 每个子系统根据最新测量信息的更新时刻, 选择相应的 Kalman 估计器 (滤波器或预报器), 从而得到各子系统在每一时刻的一个局部最优估计, 再通过矩阵加权线性最小方差最优融合准则得到最优融合估计,并给出了Kalman融合估计器的设计方法. 最后, 通过一个目标跟踪例子验证所提方法的有效性.
2015, 41(1): 209-214.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140108
摘要:
研究了二维圆盘上具有对称初始数据的反应扩散方程的边界控制. 由于初始条件和边界条件关于圆心旋转对称, 系统可以转化为等价的极坐标系下的一维抛物方程. 此时, 极点的奇异性成为了控制器设计中的难点. 本文设计了一系列方程变换, 消除了核函数方程中极点奇异性的影响, 将其转化为修正的Bessel方程, 求出了显式的核函数表达式和精确的边界反馈控制律, 扩展了偏微分方程的backstepping方法. 系统的收敛速度可通过改变控制器中的一个参数来调节. 然后用Lyapunov函数法证明了闭环系统在H1范数下指数稳定, 表明了系统对初值的连续依赖. 最后用数值仿真验证了方法的有效性.
研究了二维圆盘上具有对称初始数据的反应扩散方程的边界控制. 由于初始条件和边界条件关于圆心旋转对称, 系统可以转化为等价的极坐标系下的一维抛物方程. 此时, 极点的奇异性成为了控制器设计中的难点. 本文设计了一系列方程变换, 消除了核函数方程中极点奇异性的影响, 将其转化为修正的Bessel方程, 求出了显式的核函数表达式和精确的边界反馈控制律, 扩展了偏微分方程的backstepping方法. 系统的收敛速度可通过改变控制器中的一个参数来调节. 然后用Lyapunov函数法证明了闭环系统在H1范数下指数稳定, 表明了系统对初值的连续依赖. 最后用数值仿真验证了方法的有效性.
2015, 41(1): 215-220.
doi: 10.16383/j.aas.2015.c140370
摘要:
针对转移概率不能精确获得并且部分未知的广义马氏跳变系统, 分别讨论在模态依赖控制器和模态独立控制器条件下的系统镇定问题. 与现有结果相比, 所提研究方法具有较小的保守性, 能够有效地解决实际问题. 首先, 运用自由权矩阵方法, 得到了广义马氏跳变系统在转移速率满足上述一般条件时系统随机容许的充分条件. 在此基础上, 以线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式分别给出了模态依赖和模态独立控制器的求解条件. 最后, 通过数值算例验证设计方法的有效性和优越性.
针对转移概率不能精确获得并且部分未知的广义马氏跳变系统, 分别讨论在模态依赖控制器和模态独立控制器条件下的系统镇定问题. 与现有结果相比, 所提研究方法具有较小的保守性, 能够有效地解决实际问题. 首先, 运用自由权矩阵方法, 得到了广义马氏跳变系统在转移速率满足上述一般条件时系统随机容许的充分条件. 在此基础上, 以线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式分别给出了模态依赖和模态独立控制器的求解条件. 最后, 通过数值算例验证设计方法的有效性和优越性.
