非线性系统双模鲁棒预测控制: 不变集切换方法

提出了一种基于不变集切换的非线性系统鲁棒预测控制算法.采用分段蕴含方法将非线性系统动态用一组线性变参数(LPV)系统动态包裹;计算出非线性系统的平衡面,对于每个LPV蕴含模型,针对相应的平衡点构造多面体不变集,得到覆盖非线性系统平衡面的一组相互重叠的不变集;在线根据系统当前状态所处的不变集和LPV区间切换控制律,最终保证闭环系统的稳定性.与传统的非线性预测控制相比,这种方法在构造不变集和确定控制律的计算都是离线进行,而在线只需根据当前状态切换控制律即可,从而避免了求解复杂的非凸非线性规划,在很大程度上降低了在线计算量.     

LQG量测反馈最优控制的精细积分

对于线性二次型高斯(LQG)量测反馈最优控制问题,提出了精细积分解法。根据分离性原理,LQG控制问题可以分成为最优状态反馈控制问题以及最优状态估计问题,即:离线计算的两套黎卡提微分方程的求解以及状态向量的时变微分方程的在线积分解。该算法不仅适用于求解二点边值问题及其相应的黎卡提微分方程,也适用于求解状态估计的时变微分方程。精细积分高精度的特点,对控制和估计都是有利的。数值算例表明了算法的高精度及有效性。     

带集合约束的分布式随机凸优化

本文研究了一个受集合约束的优化问题:minΣ~N_(i=1)f_i(x),s.t.x∈X,提出了一个基于多智能体系统的算法来求解这个问题.每个自主体i有其自身的一个局部目标函数f_i(x)以及全局约束集X.通过与相邻自主体的通信,每个自主体都能获取局部信息用来实现分布式控制律.本文证明了在所设计的分布式控制律的作用下,每个自主体的状态最终趋于一致并进入到全局目标函数的最优解集中,同时也满足约束x∈X.在大多数已有的算法里,每个自主体在每个采样时刻都需要进行以下的计算:(1)约束集投影;(2)次梯度搜索;(3)加权平均.然而在本文所提出的算法中,每个自主体在每个采样时刻只需要随机进行:(1)保持当前状态;(2)约束集投影;(3)次梯度搜索中的一项计算,然后再与相邻自主体的信息进行加权平均.与传统的确定性算法相比,本文的所提出的算法降低了每个采样时刻各个自主体的计算量.     

一类离散非线性系统基于幂次函数的显式高阶滑模预测控制算法

针对一类不确定离散非线性系统,提出了一种显式高阶滑模预测控制算法:利用幂次函数趋近律和高阶滑模控制方法,结合预测控制策略,给出了一种高阶滑模预测模型,得到了显式的高阶滑模预测模型控制器,使其兼具滑模控制方法与预测控制方法的优点,有效削弱了滑模控制系统的抖振现象.最后用数值仿真算例证明了文章设计方法的有效性,与传统滑模预测控制相比,收敛速度更快,稳定性更好.     

在线Logistic回归

针对连续数据流分类问题,基于在线学习理论,提出一种在线logistic回归算法.研究带有正则项的在线logistic回归,提出了在线logistic-l2回归模型,并给出了理论界估计.最终实验结果表明,随着在线迭代次数的增加,提出的模型与算法能够达到离线预测的分类结果.本文工作为处理海量流数据分类问题提供了一种新的有效方法.     

轮式移动舞台机器人双模模型预测控制

针对轮式移动舞台机器人的快速镇定和移动区域约束控制问题,提出一种快速双模模型预测控制(MPC)算法.考虑轮式移动舞台机器人的位姿约束和速度约束,采用控制Lyapunov函数概念和极坐标系模型设计模型预测控制算法.利用移动舞台机器人与目标的距离、瞄准角和方位角构造一个控制Lyapunov函数,建立移动舞台机器人的一个解析双模结构MPC控制器,再引入自由变量,参数化预测控制变量,降低双模MPC在线优化计算量.在约束条件下,建立了轮式移动舞台机器人闭环系统稳定性和MPC递推可行性理论结果.最后,通过与常规MPC比较,仿真验证所提算法的有效性和优越性.     

快速在线模型预测及在三自由度直升机中的应用

针对传统模型预测控制(model predictive control,MPC)很难适用于规模较大或采样频率较高系统的问题,提出一种新的在线优化快速预测控制方法.该方法主要利用MPC中的二次型规划问题(quadratic programming,QP)结构,将变量进行适当的重新排序,采用改进的内点法来提高控制性能的同时达到快速控制目标的要求.同时,将该算法应用于三自由度直升机中,仿真结果与传统的模型预测控制及PID控制算法进行了对比,验证了快速模型预测控制算法在控制效果及速度方面的优势.     

轮式移动舞台机器人双模模型预测控制北大核心CSCD

针对轮式移动舞台机器人的快速镇定和移动区域约束控制问题,提出一种快速双模模型预测控制(MPC)算法.考虑轮式移动舞台机器人的位姿约束和速度约束,采用控制Lyapunov函数概念和极坐标系模型设计模型预测控制算法.利用移动舞台机器人与目标的距离、瞄准角和方位角构造一个控制Lyapunov函数,建立移动舞台机器人的一个解析双模结构MPC控制器,再引入自由变量,参数化预测控制变量,降低双模MPC在线优化计算量.在约束条件下,建立了轮式移动舞台机器人闭环系统稳定性和MPC递推可行性理论结果.最后,通过与常规MPC比较,仿真验证所提算法的有效性和优越性.     

带有控制约束的不确定非线性系统的H_∞控制

研究了一类含有控制约束(饱和执行器)的不确定非线性系统的H_∞最优控制问题.首先,引入非二次型函数来解决控制受限的问题.然后借助二人零和微分对策理论研究H_∞最优控制问题,提出了模型自由的在线学习算法,仅仅通过在线获得的系统的状态信息而无需模型知识就能很好的解决H_∞控制问题.建立了执行网-评价网-扰动网三网络结构完成算法的在线实现.最后,利用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论给出了系统的稳定性分析,仿真算例验证了算法的有效性.     

未知控制方向的简单线性对象间接自适应跟踪系统的稳定性分析（英文）

本文研究一类一阶线性连续时间对象的自适应跟踪器,并给出不同估计量和修正确定性等价控制律.我们克服了确定损失的困难(或控制)的系统增益的估计值是零,纠正了米德尔顿和Kokotovic的文章(1992)对上述对象的间接自适应调节的一些实质性的错误的结果.在构建的自适应跟踪系统中,得到相平面轨迹或完全描述闭环系统的非线性行为的显式解的显式表达式,并对所设计的自适应跟踪系统可能由损失估计模型的稳定性所带来问题进行分析.讨论了这些结果对高阶线性连续时间对象的间接自适应跟踪情况的影响.同时通过类似的模式讨论了未知的控制方向和模型参数.     

基于区间2型T-S模糊系统的自适应逆控制

复杂非线性系统存在强非线性和不确定性等问题,其建模与控制一直是个极具挑战的工作。自适应逆控制是一种有效的非线性系统控制方法,已经得到广泛的研究;2型模糊系统采用2型模糊集,相比于1型模糊系统,其能够提供更大的自由度,不确定性及非线性处理能力更强,能够采用较少的规则数取得较高的建模与控制精度。因此,本文将2型模糊系统理论与自适应逆控制相结合,提出了一种基于区间2型T-S模糊系统的自适应逆控制方法,实现对复杂非线性系统的有效建模与控制。首先通过离线输出输入数据映射得到非线性系统的离线2型模糊逆模型,然后将该离线区间2型模糊逆模型作为初始控制器,与被控对象串联,进行在线控制,并采用最小均方差(Least Mean Square,LMS)滤波算法在线修正2型模糊逆模型的结论参数,通过数字复制,更新逆模型控制器的参数。最后将该方法应用于两个仿真实例,结果表明本文方法控制精度高,不确定性处理能力强。     

两阶段可修串联系统的变点控制图与维修策略整合研究北大核心CSCD

针对两阶段串联可修系统,考虑系统的输出为多个质量特性且不同阶段均可能出现异常的情形,采用变点控制图监控系统,揭示系统的状态并据此进行相应的维护策略.首先,给出监控多阶段系统的变点控制图.其次,考虑两阶段过程均可能出现异常因素的情形,剖析过程演变可能的场景,进一步假设异常因素的发生服从一般分布,给出每个场景发生的概率;同时,分析维修行为发生的概率.再次,根据更新报酬理论构建变点控制图与维修策略整合的期望收益模型;采用具体实例来比较分析所提出的收益模型与单独的维修策略的收益模型,其结果表明构建的模型的明显优势;最后,运用分式析因设计对模型输入参数进行了敏感性分析.     

一类对称碰撞系统的间歇混沌控制方法

研究了对称碰撞系统的间歇混沌控制方法,将Hopf分岔控制思想应用于该系统上,对该类系统的混沌控制提供一个新的控制方法.这里以两自由度弹性双碰系统为探究对象,首先,建立两自由度弹性双碰系统的力学模型,并根据其运动特点将其分成4个阶段,建立了合适的Poincaré映射;然后,取定一个合适的定相位面,施加间歇线性控制律,并构建施加控制后的映射,根据映射的稳定性判据得到该系统混沌控制的显式条件;最后,分别对原系统和控制系统进行了数值模拟.计算结果表明,该控制方法能够很好地控制原系统的混沌运动,实现了预期目的,验证了该控制方法在弹性系统上的有效应用.该控制方法有利于提高系统的运行稳定性和使用寿命,具有一定的实际意义.     

两阶段可修串联系统的变点控制图与维修策略整合研究

针对两阶段串联可修系统,考虑系统的输出为多个质量特性且不同阶段均可能出现异常的情形,采用变点控制图监控系统,揭示系统的状态并据此进行相应的维护策略.首先,给出监控多阶段系统的变点控制图.其次,考虑两阶段过程均可能出现异常因素的情形,剖析过程演变可能的场景,进一步假设异常因素的发生服从一般分布,给出每个场景发生的概率;同时,分析维修行为发生的概率.再次,根据更新报酬理论构建变点控制图与维修策略整合的期望收益模型;采用具体实例来比较分析所提出的收益模型与单独的维修策略的收益模型,其结果表明构建的模型的明显优势;最后,运用分式析因设计对模型输入参数进行了敏感性分析.     

卫星姿态跟踪的间接自适应模糊预测控制

对含模型不确定性和未知干扰的卫星姿态系统提出了具有间接自适应模糊补偿的广义预测跟踪控制方法. 首先基于卫星姿态动力学模型设计了非线性广义预测控制律, 再利用自适应模糊系统逼近预测控制律中的模型不确定项, 使得所得到的预测控制算法可实施.证明了当卫星姿态模型中不确定项满足一定条件时, 所设计的控制律可使卫星姿态跟踪误差收敛到原点的小邻域内,并仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于准ARX多层学习网络模型的非线性系统自适应控制

建立了准ARX多层学习网络预测模型,并用于非线性系统自适应控制问题.该模型的内核部分为一个改进的神经模糊网络(NFNs):一部分为三层非线性网络结构,采用自联想网络进行离线训练;另一部分为三层NFNs,采取在线调整.据此对参数进行分类,给出相应调整算法. 然后,基于模型宏观结构的优势给出控制器设计方案.仿真分析给出该建模方法的有效性.     

双势理论用于处理非关联材料本构

基于传统塑性力学框架下的显式积分算法和基于Simo-Taylor提出的回退映射隐式积分算法是固体力学中两大经典本构积分算法.以经典的非关联材料模型Drucker-Prager(D-P)模型和Armstrong-Frederick(A-F)模型为例分别回顾了显式积分算法和隐式积分算法.以双势理论为基础,将双势的概念运用到材料的自由能中,将材料分为显式标准材料和隐式标准材料.两种传统积分算法都能有效地处理显式标准材料的本构关系,但在处理隐式标准材料时却存在一定的问题.双势积分算法是建立在双势理论下的本构积分算法,此算法不仅能够处理显式标准材料,对于处理隐式标准材料,也存在一定的优势.通过变分原理推导了双势积分算法解的存在性,运用双势积分算法处理Drucker-Prager模型和Armstrong-Frederick模型,并与经典传统积分算法得到的结果进行对比,验证了双势本构积分算法的稳定性和准确性.     

基于GA-BP的模糊神经网络控制器与Elman辨识器的系统设计

提出了一种基于神经网络的模糊控制系统 ,该系统由模糊神经网络控制器和模型辨识网络组成 .文中介绍了模糊神经网络控制器采用遗传算法离线优化与 BP算法在线调整 ,给出了具体控制算法 ,推导了变形 Elmam网络的系统辨识算法 .仿真结果表明了此法的可行性和有效性 .     

一种基于在线训练的交通信息实时预测快速算法

对于实时交通信息预测,预测精度与预测时间效率始终是一对难以解决的矛盾.重点研究如何提高预测时间效率问题.以精确在线支持向量回归算法(AOSVR)为基础,提出了基于云模型的sigmoid核函数简化计算方法,建立了改进的AOSVR交通信息实时预测模型.该模型应用于实际的交通流实时预测,预测结果表明,由于简化了计算,以损失较小回归精度的代价,显著提高AOSVR模型预测效率.     

多雷达系统数据融合与航迹预测

为了便于准确定位传感器网络,分布式的单雷达系统首先进行各自的数据处理,包括:地理坐标换算至平面直角坐标;剔除孤立的异常点迹;采用模糊c-均值聚类方法和"动态分区",将单雷达数据中属于同目标的相似点迹归类集合;根据雷达观测和目标运动的特征,在每个点迹集合中设计门限滤波和相关矩阵检验,提取完整连续的目标运动的航迹;结合各航迹特征进行种类分析.接下来对属于不同雷达的航迹两两比较,找出有相交时间段的航迹,采用三次样条对两条航迹的进行内插和外推,再通过模糊综合函数对这两条航迹给出一个相似性度量,并取阈值为0.85.最后得出雷达间各航迹匹配关系.通过该雷达所观测到的航迹的稳定程度来近似估计其观察精度.首先对每一条航迹进行分段拟合得到其剩余方差,然后直接用每一条航迹的剩余方差来衡量雷达的观察精度,最后我们得出雷达的精度排序29107728,7724253720252539.对航迹融合,我们首先采用D-S证据理论并利用分析得到的雷达精度,对表示同一目标的航迹对进行融合.其次试图运用卡尔曼滤波对航迹进行融合:思路一是设法离线估计出噪声矩阵,得出系统噪声方差矩阵和观测噪声方差矩阵,从而用于标准卡尔曼滤波方程;思路二是探究较为实用的自适应滤波,兼顾Sage-Husa自适应滤波算法的高精度与强跟踪自适应滤波算法的可靠性,采用了一种混合算法给出收敛的估计.最终给出了雷达7728和2910的融合算例以及10秒钟的预测轨迹.最后,我们将导弹拦截飞机建模为三维的追逃问题,建立了运动学关系方程,最终归结为最小能量导引律问题.采用"模糊T-S线性模型"以及RH控制方法和伴随技术,在目标作对抗性机动条件下,获得了一个有效拦截的导引律.还对多雷达系统平均处理周期、数据融合系统的航迹处理周期进行了分析,对雷达网络实时性做了评价.