多无人机协同的稳定控制机理研究

多无人机协同系统的过度扩散会引起协同失效, 对系统进行规模控制是解决该问题的一种潜在方法. 首先抽象出多无人机协同搜索系统的宏观运动特征, 进而建立平台的运动方程, 然后通过构造合适的李雅普诺夫函数, 获得该系统的稳定控制规律及其控制参数. 仿真结果表明: 1)本文所提的稳定控制机制不仅能够使多无人机系统实现有效的协同, 还能确保系统的稳定性; 2)在系统稳定时, 通过调整相关控制参数可以有效地控制系统规模. 关键词： 无人机 协同系统 稳定控制     

存在时延的分布式无人机编队控制方法

多无人机协同是未来无人机应用的重要方式,多无人机编队作为多无人机协同的重要技术和研究热点也已引起越来越多关注,分布式无人机相较于集中式具有灵活性好、鲁棒性强,对通信及计算机性能要求低等优点;针对无人机的非线性动力学模型,在有向固定拓扑的条件下,运用高阶一致性理论解决无人机系统的分布式编队问题;基于Lyapunov稳定性原理,利用线性矩阵不等式(LMI),分别得出在具有时变时延导数信息及无导数信息情况下的稳定性充分条件;最后,仿真验证了这种编队控制方法的有效性;研究结果表明,利用文章所提出的方法控制无人机编队飞行,在满足稳定性的前提下,无人机系统能够形成稳定的编队,并达到预期速度。     

基于激光雷达的多旋翼飞行器实时避障系统

针对多旋翼飞行器的障碍物规避问题,提出一种基于激光雷达的自主飞行多旋翼飞行器避障系统,实现多旋翼飞行器自主飞行的实时避障;该避障系统针对静态、低速运动障碍物,综合飞行器本体姿态、速度、加速度等状态信息,建立基于改进势场法的避障模型和算法;在机器人操作系统(ROS,Robot Operating System)平台进行该避障系统的软件实现,其通过串口与飞控进行通信,完成多旋翼飞行器的自主避障飞行;同时,为了使该系统能在强光环境正常工作,在不影响系统实时性的前提下,对激光雷达的干扰问题进行优化设计;大量实验表明:该避障算法计算量小,能够保证避障系统的实时性,在机体慢速以及低速运动(机体与障碍物之间的相对运动速度小于等于3 m/s)的场景中能够正确检测范围6 m内,并迅速规避障碍物。     

一种新的被控混沌系统抗干扰控制器设计方法

针对一类动态混沌系统,在干扰幅值增大而影响被控混沌系统镇定的情况下,提出了一种利用补偿控制系统(敏感系统)抑制干扰幅值影响的控制设计方法. 这种方法首先将该敏感系统与原被控混沌闭环系统互联,然后通过设计敏感系统的自适应状态反馈控制器,以保证被控混沌闭环系统在干扰幅值增加的情况下仍能够渐近保持原有的稳定性.最后,通过仿真实例进一步验证了本文结论的有效性.     

自主研制核磁共振波谱仪的性能评估

主要介绍自主研制500 MHz核磁共振谱仪的性能评估情况,旨在建立一台功能完整的核磁共振波谱仪. 首先利用系统调试使控制台各个硬件单元在用户软件控制下实现NMR实验中的基本功能,然后通过性能测试保障功率线性度、信号稳定性和场频联锁的可靠性,实验验证了谱仪溶剂峰压制的效果,并获得良好的探头线形指标（0.43/5.46/10.73 Hz）和¹H灵敏度指标（信噪比为728∶1）,表明自主研制500 MHz核磁共振波谱仪系统能够满足常规核磁共振实验需求.     

带时延与丢包的网络化多智能体系统控制器设计

网络时延与数据丢包极大地降低了网络化多智能体系统的控制性能,甚至会破坏稳定性.考虑存在网络时延与数据丢包的网络化多智能体系统,提出了一种基于时延与丢包补偿机制的预测控制器设计方法,来主动地消除网络时延与数据丢包的影响.通过对网络化多智能体预测控制系统的分析,给出了能够保证系统稳定性与一致性的控制器设计步骤.最后的仿真实例表明了该方法的有效性.     

非高斯Lévy噪声驱动下的非对称双稳系统的相转移和平均首次穿越时间

研究了非高斯Lévy噪声激励下非对称双稳系统的相转移和首次穿越问题.首先利用Grünwald-Letnikov有限差分方法数值求解系统所对应的分数阶Fokker-Plank方程,得到了系统的稳态概率密度函数.然后分析了系统的非对称参数以及噪声强度和稳定性指标对稳态概率密度函数的影响,发现了非对称参数和稳定性指标的变化都能够诱导系统发生相转移.进一步研究了系统的平均首次穿越时间,得到了非对称参数、噪声强度和稳定性指标影响系统平均首次穿越时间的不同作用机理. 关键词： 非高斯Lévy噪声 非对称双稳系统 相转移 平均首次穿越时间     

多视场定焦距CCD摄像系统结构设计及调校

针对多视场定焦距CCD摄像系统按照传统光机结构设计方法造起各光轴平行性容易偏移和系统占用空间较大等问题,提出多视场定焦距CCD摄像系统的光机结构可以以一个精密铸件为基体,铸造出每个视场的内腔毛坯形状,通过数控机械加工和可靠的装调方法保证各视场光轴的平行性和稳定性。装调完成后进行冲击和振动试验,结果表明:该多视场定焦距CCD摄像系统各视场光轴的平行性误差不大于0.2 mrad;各视场光轴的稳定性误差不大于0.1 mrad。因此,该结构设计方法是可行的,它具有结构紧凑、体积小,各光轴平行性和稳定性容易保证,可靠性高等特点。     

五阶压控忆阻蔡氏混沌电路的双稳定性

通过在蔡氏电路的耦合电阻支路中串联一个电感,采用压控忆阻替换蔡氏电路中的蔡氏二极管,提出了一种新颖的五阶压控忆阻蔡氏混沌电路.建立该电路的数学模型,从理论上分析了平衡点及其稳定性的演化过程.特别地,该电路在给定参数下只有一个不稳定的零平衡点,却形成了混沌与周期的非对称吸引子共存的吸引盆,意味着双稳定性的存在.进而利用数值仿真与PSIM电路仿真着重研究了本文电路在不同初始状态下产生的双稳定性现象及其形成机理.PSIM电路仿真结果与数值仿真结果一致,较好地验证了理论分析.借助分岔图、李雅普诺夫指数、相轨图和吸引盆进一步深入探讨了归一化五阶压控忆阻蔡氏系统依赖于系统初始条件的动力学行为.结果表明,该忆阻蔡氏系统在不同的初始条件下能够呈现出混沌吸引子与周期极限环共存的双稳定性现象.     

基于光纤自相位调制多波长全光再生的色散管理优化

针对基于光纤自相位调制效应的多波长全光再生系统,分析了光纤平均色散对再生器品质因子改进量的影响,提出一种色散管理优化方法.由于波长间色散差异会导致再生系统性能的稳定性下降,通过选择色散补偿光纤和单模光纤的长度,使其合成的色散曲线与各波长分别达到最优再生性能时对应的色散曲线近似拟合,同时保证该色散曲线落在性能满意度高的色散区域,然后调整信号输入功率和滤波器的偏移量,可有效改善多波长再生性能的稳定性,实现再生器的色散管理优化.     

Modeling the heterogeneous traffic flow considering the effect of self-stabilizing and autonomous vehicles

With the increasing maturity of automatic driving technology,the homogeneous traffic flow will gradually evolve into the heterogeneous traffic flow,which consists of human-driving and autonomous vehicles.To better study the characteristics of the heterogeneous traffic system,this paper proposes a new car-following model for autonomous vehicles and heterogeneous traffic flow,which considers the self-stabilizing effect of vehicles.Through linear and nonlinear methods,this paper deduces and analyzes the stability of such a car-following model with the self-stabilizing effect.Finally,the model is verified by numerical simulation.Numerical results show that the self-stabilizing effect can make the heterogeneous traffic flow more stable,and that increasing the self-stabilizing coefficient or historical time length can strengthen the stability of heterogeneous traffic flow and alleviate traffic congestion effectively.In addition,the heterogeneous traffic flow can also be stabilized with a higher proportion of autonomous vehicles.     

Effect of adaptive cruise control systems on mixed traffic flow near an on-ramp

Mixed traffic flow consisting of vehicles equipped with adaptive cruise control (ACC) and manually driven vehicles is analyzed using car-following simulations. Simulations of merging from an on-ramp onto a freeway reported in the literature have not thus far demonstrated a substantial positive impact of ACC. In this paper cooperative merging for ACC vehicles is proposed to improve throughput and increase distance traveled in a fixed time. In such a system an ACC vehicle senses not only the preceding vehicle in the same lane but also the vehicle immediately in front in the other lane. Prior to reaching the merge region, the ACC vehicle adjusts its velocity to ensure that a safe gap for merging is obtained. If on-ramp demand is moderate, cooperative merging produces significant improvement in throughput (20%) and increases up to 3.6 km in distance traveled in 600 s for 50% ACC mixed flow relative to the flow of all-manual vehicles. For large demand, it is shown that autonomous merging with cooperation in the flow of all ACC vehicles leads to throughput limited only by the downstream capacity, which is determined by speed limit and headway time.     

混有协同自适应巡航控制车辆的异质交通流稳定性解析与基本图模型

针对传统车辆和协同自适应巡航控制(cooperative adaptive cruise control,CACC)车辆构成的异质交通流,研究其稳定性与基本图模型.应用实车测试验证的CACC模型和智能驾驶员模型(intelligent driver model)分别作为CACC车辆和传统车辆的跟驰模型,建立异质流稳定性解析框架,研究不同平衡态速度、不同CACC车辆比例时的异质流稳定性.推导异质流基本图模型,并进行数值仿真实验.研究结果表明,在传统车辆稳定的速度范围,异质流处于稳定状态.在传统车辆不稳定的速度范围,CACC车辆比例增加以及平衡态速度远离9.6—18.6 m/s速度范围,均能够改善异质流的不稳定性.通行能力随着CACC车辆比例的增加而提高.此外,CACC模型的期望车间时距越大,异质流稳定域越大,但通行能力降低.因此,恒定车间时距CACC控制策略下的期望车间时距取值应权衡异质流稳定域和通行能力两个方面的影响.     

Stability analysis of traffic flow with extended CACC control models

To further investigate car-following behaviors in the cooperative adaptive cruise control(CACC) strategy,a comprehensive control system which can handle three traffic conditions to guarantee driving efficiency and safety is designed by using three CACC models.In this control system,some vital comprehensive information,such as multiple preceding cars' speed differences and headway,variable safety distance(VSD) and time-delay effect on the traffic current and the jamming transition have been investigated via analytical or numerical methods.Local and string stability criterion for the velocity control(VC) model and gap control(GC) model are derived via linear stability theory.Numerical simulations are conducted to study the performance of the simulated traffic flow.The simulation results show that the VC model and GC model can improve driving efficiency and suppress traffic congestion.     

基于计算机视觉的航天器间相对状态测量系统

在航天器编队飞行应用中,航天器间相对状态(相对位置和姿态)的确定是实现航天器自主控制的重要条件。通过充分利用计算机视觉理论及相机成像原理,提出了一种基于计算机视觉的航天器间相对状态的测量系统。推导了基于目标靶特征点确定航天器相对状态的四元数法,介绍了系统的测试原理及标定方法,并通过采用APSCMOS相机作为图像传感器,建立了它的试验原型,验证了测量原理和算法的正确性。该测量系统结构简单、体积小、重量轻、功耗低、算法简单、速度快,近距离测量精度高,能够广泛地应用于空间合作目标间相对状态的测量。     

Cooperative impulsive formation control for networked uncertain Euler–Lagrange systems with communication delays

This paper investigates the cooperative formation problem via impulsive control for a class of networked Euler–Lagrange systems. To reduce the energy consumption and communication frequency, the impulsive control method and cooperative formation control approach are combined. With the consideration of system uncertainties and communication delays among agents, neural networks-based adaptive technique is used for the controller design. Firstly, under the constraint that each agent interacts with its neighbors only at some sampling moments, an adaptive neural-networks impulsive formation control algorithm is proposed for the networked uncertain Euler–Lagrange systems without communication delays. Using Lyapunov stability theory and Laplacian potential function in the graph theory, we conclude that the formation can be achieved by properly choosing the constant control gains. Further, when considering communication delays,a modified impulsive formation control algorithm is proposed, in which the extended Halanay differential inequality is used to analyze the stability of the impulsive delayed dynamical systems. Finally, numerical examples and performance comparisons with continuous algorithm are provided to illustrate the effectiveness of the proposed methods.     

考虑自适应巡航车辆影响的上匝道系统混合交通流模型

在考虑自适应巡航(adaptive cruise control, ACC)车辆的交通流模型的基础上, 建立了考虑ACC车辆影响的上匝道系统混合交通流模型, 研究ACC车辆引入对上匝道交通系统交通流的影响. 为了描述ACC车辆和手动驾驶车辆在交通流运行中的差异, 分别构建了基于常车头时距原则的ACC 车辆跟驰子模型和手动驾驶车辆MCD元胞自动机子模型; 基于上匝道车辆合流驶入主线的需求, 建立了换道子模型, 引入了表征驾驶员换道心理的参数λ. 通过对混合交通流模型进行数值模拟发现, ACC车辆的混入可以有效改善上匝道系统交通流的运行, 降低合流等事件对于交通流运行的影响, 抑制交通拥堵的时空范围及拥堵强度, 提高交通流的平均速度和流量. 此外在混合交通流模型中, ACC车辆期望车头时距H_d的减小与换道心理参数λ 的增大均可以提高混合交通流运行的速度和流量, 而合流区长度l_w对混合交通流影响则因上匝道车辆驶入概率的不同而存在差异.     

一类谐波激励相对转动非线性动力系统的稳定性与近似解

建立具有一般非线性弹性力、广义摩阻力和谐波激励的一类相对转动非线性动力系统的动力学方程. 对相对转动非线性自治系统进行定性分析,通过构造Lyapunov函数研究自治系统奇点的稳定性. 运用多尺度法求解谐波激励下非自治系统在几种不同共振响应下的近似解,同时分析了主振系统稳态运动的稳定性. 关键词： 相对转动 非线性动力系统 Lyapunov函数 稳定性     

相对转动非线性动力系统的稳定性与强迫激励下的近似解

研究相对转动非线性动力系统的运动稳定性.建立具有一般广义阻尼力和外扰激励的一类两质量相对转动非线性动力系统的动力学方程.研究相对转动非线性动力自治系统的稳定性，证明系统在一定条件下可发生闭轨分岔.应用多尺度法得到强迫激励下非自治系统的近似解. 关键词： 相对转动 非线性动力系统 运动稳定性 近似解