参数摄动H∞滤波系统的最优性能指标计算

基于H∞滤波系统的最优性能指标与相应的Hamilton微分方程特征值之间的对应关系,利用微分方程特征值的摄动法研究了参数摄动H∞滤波系统的性能指标计算问题。当原滤波系统的最优性能指标已知时,利用系统参数的变化量就可以确定摄动系统的最优性能指标。     

非概率不确定性结构的鲁棒性分析

针对目前评价结构的鲁棒性还没有统一标准的问题,基于H∞鲁棒控制理论,建立了不确定性结构鲁棒性定量的评价方法.将外部荷载和结构自身的非概率不确定性用凸集模型表达,采用结构系统传递函数的H∞范数作为结构鲁棒性的定量评价指标.引入L2范数作为评价信号的度量,给出了考虑弹塑性的结构鲁棒性计算公式.分析单自由度并联结构体系,表明不考虑塑性将会高估结构的鲁棒性.分析桁架结构在静力与动力条件下结构的鲁棒性,验证了H∞鲁棒性评价指标可以合理有效地反映结构的鲁棒性.结果表明,增大结构的冗余度、提高关键构件的承载力储备可以增强结构的鲁棒性,而外部荷载和结构本身的属性的波动将降低结构的鲁棒性.     

基于H_∞范数的输电塔结构动力优化

目前输电塔结构设计主要基于静力及拟静力工况,以用钢量(总质量)为经济指标进行静力优化,忽略了动力荷载的频率特性。为解决输电塔结构动力优化问题,提出了基于H∞范数的优化方法。该方法以系统传递函数的H∞范数为优化目标,采用遗传算法对角钢截面进行优化。在计算H∞范数时,用串联多质点模型模拟塔架结构以简化计算。同时,引入惩罚函数来调整个体的适应度,从而保证优化结果满足静力工况,不出现杆件失稳且不增加用钢量。以一个实际输电塔结构作为算例进行优化计算,结果表明,该动力优化方法显著降低了输电塔的地震响应,同时保证结构满足静力工况且总质量不超过满应力优化法的用钢量。该方法不需要求解时域响应,计算效率较高。     

基于H∞控制方法的AMD Benchmark主动控制结构的试验研究

针对结构主动控制系统中存在的模型不确定性问题,进行了H∞主动控制策略及实验研究,目的是使控制系统具有良好的鲁棒性.文中首先建立了AMD (active mass damper) Benchmark主动控制结构的试验系统,然后介绍了主动控制试验系统的工作原理,随后提出了基于H∞控制理论的主动控制方法,详细阐述了控制器中有关H∞控制权函数选取的过程以及控制器设计过程,最后通过试验验证了H∞控制器的有效性和鲁棒性.     

基于线性鲁棒性优化的弦支结构设计及分析

结构的鲁棒性是指结构抵抗不相称破坏的能力。目前,研究集中于框架类结构鲁棒性的评价,缺少弦支结构鲁棒性评价及设计方法。首先基于H∞理论,采用结构系统传递函数的H∞范数作为结构鲁棒性的定量评价指标。然后,采用SIMP模型描述建立了人工材料模型,以结构线性鲁棒性为优化目标,将结构鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化,并通过粒子群算法求解。以弦支双曲球壳模型为例,通过鲁棒设计得到了鲁棒构形。最后通过作用超越静荷载,制造干扰场景,分析不同结构设计方案的非线性鲁棒性。结果表明,H∞结构鲁棒性评价指标可以反映干扰与后果是否相称,通过连续体拓扑优化进行鲁棒设计,能够有效地提高结构鲁棒性,可以为弦支结构初始概念设计提供参考。     

H∞滤波在微惯性组合导航系统中的应用

基于微机电(MEMS)惯性仪表构成的微惯性测量装置(MIMU),其系统噪声特性不确定,影响了卡尔曼滤波器收敛过程,从而对MIMU/GPS组合系统性能产生不利影响.将鲁棒H∞滤波技术应用于该组合系统,确定了一种H∞滤波求解方法,给出了滤波器的推导步骤.该算法虽不具备最优滤波特性,但却具有更好的稳定性和鲁棒性.通过仿真实验,确定了H∞滤波器中的性能因子γ具体数值,使滤波器在可接受的估计精度下具有最佳鲁棒效果,它能在复杂的噪声环境下很好地估计出MIMU的主要误差,验证了H∞滤波对于噪声的不敏感程度和鲁棒性,提高了MIMU/GPS这类组合导航系统整体性能.     

MODAL SYNTHESIS METHOD FOR NORM COMPUTATION OF H∞ DECENTRALIZED CONTROL SYSTEMS （ I ）

When using H∞ techniques to design decentralized controllers for large systems,the whole system is divided into subsystems, which are analysed using H∞ control theorybefore being recombined. An analogy was established with substructural analysis instructural mechanics, in which H∞ decentralized control theory corresponds to substructuralmodal synthesis theory so that the optimal H∞ norm of the whole system corresponds to thefundamental vibration frequency of the whole structure. Hence, modal synthesismethodology and the extended Wittrick-Williams algorithm were transplanted from structuralmechanics to compute the optimal H∞ norm of the control system. The orthogonality and theexpansion theorem of eigenfunctions of the subsystems H∞ control are presented in part(I) of the paper. The modal synthesis method for computation of the optimal H∞ norm ofdecentralized control systems and numerical examples are presented in part (Ⅱ).     

H∞滤波在无陀螺捷联惯导系统中的应用

无陀螺捷联惯导系统角速度解算精度不高是其难以实现工程化瓶颈问题.为此,首先深入分析了无陀螺捷联惯导系统的角速度解算原理,并推导出了所用加速度计配置方案的角速度解算方程.然后创造性地构建了Kalman滤波器的状态方程和滤波方程,突破了以往采用Kalman滤波时必须引入额外观测信息(如GPS观测值)的模式.在此基础上构建了系统的H∞滤波器,并借助某型导弹的弹道数据,在外部噪声分别为白噪声和有色噪声的条件下对积分法、开方法、卡尔曼滤波器和H∞滤波器进行了仿真比较,验证了H∞滤波器具有较高的解算精度和对系统的不确定性具有良好的鲁棒性.     

捷联惯导系统传递对准两种滤波方法比较研究

将H∞滤波方法用于捷联惯导系统（SINS）空中动基座传递对准，并对卡尔曼滤波和H∞滤波应用于传递对准的鲁棒效果进行了比较研究。仿真结果表明，在有色噪声和白噪声强度较小时，两种滤波方法的滤波精度差别不大，但当有色噪声和白噪声强度较大时，卡尔曼滤波精度优于H∞滤波。换言之，卡尔曼滤波对于噪声的不确定性是具有一定的鲁棒性的，并且就估计精度而言，其鲁棒性优于H∞滤波，但H∞滤波的估计速度优于卡尔曼滤波。     

MODAL SYNTHESIS METHOD FOR NORM COMPUTATION OF H∞ DECENTRALIZED CONTROL SYSTEMS （II）

When using H∞ techniques to design decentralized controllers for large systems, the whole system is divided into subsystems, which are analysed using H∞ control theorybefore being recombined. An analogy was established with substructural analysis instructural mechanics, in which H∞ decentralized control theory corresponds to substructuralmodal synthesis theory so that the optimal H∞ norm of the whole system corresponds to thefundamental vibration frequency of the whole structure. Hence, modal synthesismethodology and the extended Wittrick-Williams algorithm were transplanted from structuralmechanics to compute the optimal H∞ norm of the control system. The orthogonality and theexpansion theorem of eigenfunctions of the subsystems H~ control are presented in part (I)of the paper. The modal synthesis method for computation of the optimal H∞ norm ofdecentralized control systems and numerical examples are presented in part (Ⅱ).     

建筑结构振动系统的多重叠分散静态输出反馈H_∞控制方法

采用分散控制方案能有效解决大尺度土木结构在地震作用下的结构振动控制问题。本文将静态输出反馈、重叠分散控制方法、线性矩阵不等式方法和H∞范数控制算法相结合,提出了多重叠分散静态输出反馈H∞控制方法。通过对状态矩阵添加一个微小的扰动,解决了在求解相应的线性矩阵不等式(LMI)时所遇到的计算困难问题。文中对20层Benchmark建筑结构模型进行数值模拟与计算。结果表明,部分输出反馈控制、重叠静态输出反馈控制和多重叠静态输出反馈控制均获得了与全状态集中控制相近的控制效果,减少了计算成本和控制器设计的复杂性。     

基于扩展H_∞滤波的单站无源目标跟踪

针对无源定位与跟踪系统可观测性弱,目标初始状态估计精度低的特点,提出了一种基于扩展H∞滤波的单站无源目标跟踪方法。将扩展H∞滤波算法对被动声纳平台获得的目标方位数据进行目标运动分析,以实现较高精度的水下仅测角目标定位和跟踪,并采用雅克比矩阵来近似处理系统的非线性测量方程。扩展H∞滤波对噪声的不确定性具有鲁棒性,保证滤波算法的数值稳定性,提高跟踪的精度和可靠性。理论分析与仿真结果表明,扩展H∞滤波跟踪速度快,性能稳定,估计精度明显优于扩展卡尔曼滤波(EKF),用于水下运动目标跟踪是可行的。     

柔性板的时滞H∞控制的理论与实验研究

以柔性板为对象, 开展时滞H∞控制的理论与实验研究. 首先给出柔性板的时滞动力学方程; 然后利用Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法, 推导了闭环时滞系统渐近稳定的矩阵不等式;进而根据该矩阵不等式采用参数调节法及遗传算法, 研究了如下两类控制设计问题: 已知控制律求解最大稳定时滞量, 已知最大稳定时滞量求解H∞控制律; 最后对理论研究成果进行了数值仿真和实验验证. 结果显示, 获得的H∞控制律能够有效地抑制板的弹性振动, 所确定出的保证系统稳定性的时滞区间更接近实际情况.      

海洋立管轴向动力响应的H_∞控制

基于FDPSO-TLD的概念设计,建立了TLD系统升沉方向的动力学模型,为减小船体升沉引起的立管轴向的动力响应,采用H∞控制方法设计电动绞车实现对升沉运动的补偿,通过构造出H∞控制器和H∞观测器对立管的轴向动应力进行主动控制。通过在频域和时域内的数值仿真表明选取适当的控制参数可有效减小立管的动应力,表明了该方法的有效性和可行性。     

Robust H∝ filtering for discrete-time impulsive systems with uncertainty

This paper investigates robust filter design for linear discrete-time impulsive systems with uncertainty under H∞ performance. First, an impulsive linear filter and a robust H∞ filtering problem are introduced for a discrete-time impulsive systems. Then, a sufficient condition of asymptotical stability and H∞ performance for the filtering error systems are provided by the discrete-time Lyapunov function method. The filter gains can be obtained by solving a set of linear matrix inequalities （LMIs）. Finally, a numerical example is presented to show effectiveness of the obtained result.     

具有区域极点约束的柔性梁鲁棒H∞振动主动控制

本文基于H∞控制理论研究了传感器和作动器非同位配置情况下,柔性悬臂梁的多模态振动抑制问题。采用频域辨识方法获取低阶名义模型,合理选取加性不确定权函数和性能权函数,将鲁棒H∞控制问题转化为标准H∞控制问题。为了避免H∞控制器设计过程中产生的零极点对消问题,在求解过程中引入区域极点约束。比较了鲁棒H∞控制器和不考虑高阶未建模动态的非鲁棒H∞控制器的控制效果,实验结果表明,设计的鲁棒H∞控制器能够有效抑制柔性梁的前三阶模态振动,而且不会发生溢出问题。     

道路约束条件下的移动机器人跟踪

为提高移动机器人的位置估计精度和跟踪效果,提出一种基于道路约束条件下的移动机器人鲁棒约束H∞滤波(CHF)跟踪算法.首先,将机器人移动的道路网络作为跟踪的约束条件,并利用当前统计模型对机器人的运动进行建模.其次,将道路约束条件作为机器人跟踪的非线性状态约束,利用最小协方差估计推导了鲁棒CHF递推方程.通过拉格朗日乘子法对非线性约束优化估计问题进行求解,并利用约束信息对CHF算法的状态更新过程进行了改进.最后,通过对CHF算法和无约束的H∞滤波算法的跟踪性能进行了对比分析和验证.仿真结果表明,该算法可以实现机器人的跟踪,且跟踪精度优于HF算法.     

对用稳定图识别真假模态的一点改进

利用单位样值响应矩阵和自由响应的特征值分解形式中的特征值前的系数矩阵的范数作稳定判据，结合稳定图识别真假模态，计算表明，本方法具有较好的分解能力。     

基于H∞滤波的舰载机惯导海上自对准方法

针对因风浪干扰、高频颤振等因素影响,使得舰载机惯导海上自对准量测方程中产生未知的量测干扰,进而导致滤波器性能降低的问题,引入H∞滤波技术.阐述了舰载机捷联惯导海上自对准的基本思想,建立了自主精对准状态空间模型,设计了一种基于H∞滤波的自对准滤波器,有效抑制了外界噪声的干扰,确保了系统的鲁棒性.仿真结果表明,常规卡尔曼滤波在5 min的对准时间里,无法完成对姿态角误差的估计.而H∞滤波在5 min内,不但可以估计出姿态误差角误差,且水平对准精度在2′以内,方位对准精度约12′,还可以估计出陀螺零偏和加速度计零偏误差,并可以获得较好的快速性和平滑性,不失为一种有效的海上自对准方法.     

利用H∞滤波器改进舰船SINS在摇摆基座上的初始对准

在摇摆状态下,利用常规Kalman滤波器得到的初始对准精度较低。为了提高捷联惯性导航系统在舰船摇摆基座上的初始对准精度,提出应用鲁棒扩展H∞滤波器实现初始对准。鲁棒扩展H∞滤波器是建立在鲁棒控制理论基础上的次优估计算法,以牺牲一定的准确性来提高滤波器的鲁棒性。在摇摆基座初始对准中利用鲁棒扩展H∞滤波器,是为了克服在大干扰情况下,系统误差模型不准确造成Kalman滤波器估计误差较大的问题。半物理仿真试验结果表明:在舰船横摇、纵摇、艏摇运动环境下,采用鲁棒扩展H∞滤波器得到的初始对准姿态角误差在12″(1σ)以内,方位角误差在15′(1σ)以内,优于使用Kalman滤波器的结果。