非线性最小二乘跟踪的对偶变量变分方法

最小二乘跟踪方法是近几年提出的一种计算动力系统跟踪轨迹的方法.基于最小二乘跟踪的灵敏度分析算法可以有效避免传统的非线性系统灵敏度分析方法中的病态初值问题,因此其在混沌系统灵敏度分析方面有着重要的应用.针对非线性的最小二乘跟踪问题,首先将其重新描述为带有约束的非线性最优控制问题,引入协态变量并将系统的哈密顿函数表示为关于状态变量和协态变量的函数.然后将目标函数的积分时间离散化,根据对偶变量变分原理,以离散区间两端的状态变量作为独立变量,用Lagrange插值多项式近似离散区间内的状态变量和协态变量,进而将非线性最优控制问题转化为求解非线性方程组问题.这种算法无需对原问题做线性化处理,避免了复杂的线性化过程以及可能因此造成的误差,同时为求解非线性最小二乘跟踪问题提供了新的思路.根据最小二乘方法可以得到两条设计参数有微小变化的状态轨迹,基于这两条状态轨迹可进一步计算出系统关于设计参数的灵敏度,范德波振子作为数值算例验证了该方法在求解最小二乘跟踪问题以及计算非线性系统灵敏度时的有效性.      

基于Fourier级数的时变周期系数Riccati微分方程精细积分

结合Fourier级数展开方法,本文提出了基于精细积分的时变周期系数Riccati微分方程求解高效算法.首先,利用Fourier级数展开方法将周期系统表示成三角级数形式,在一个积分步内使用精细积分方法得到对应Hamilton系统状态转移矩阵的表达式.然后,通过Riccati变换的方法,得到含有状态转移矩阵的时变周期系数Riccati微分方程解的递推格式.本文方法充分利用了方程本身的周期性特点,文中的数值算例表明算法具有计算效率高、结果可靠等优势.     

考虑局部非线性结构振动的模型预测控制

针对具有局部非线性的结构振动主动控制问题,首先,利用Newmark-β法推导了局部非线性结构动力响应的时域显式递推表达式。然后,基于该表达式,一方面建立了局部非线性结构振动预测模型,并借鉴模型的线性化思想对非线性环节进行处理,提出考虑局部非线性结构振动的模型预测控制算法;另一方面,在获取各仿真时刻的预测初始状态时,为避免直接对非线性动力学方程所有维度的完全迭代求解,推导了时域显式降维迭代方法,从而使在线计算效率得到显著提高。最后,分别以局部非线性弹簧振子系统在简谐激励作用下的无控动力学分析和含粘滞阻尼器毗邻框架建筑结构在地震激励作用下的受控振动为例,进行数值仿真,结果表明,本文算法计算准确且控制效果较好。     

输入受限LQ控制的参变量变分原理和算法

在最优控制理论中根据模拟理论思想发展了塑性力学和接触力学中的参变量变分原理, 并建立了控制输入受限的线性二次(linear quadratic, LQ)最优控制问题的求解新方程---耦合的Hamilton正则方程与线性互补方程. 通过将连续时间离散成一系列等间距时间区段, 在离散时域内采用参数二次规划方法给出数值求解输入受限的LQ最优控制问题的新算法. 数值仿真验证了该算法在求解控制输入受限的LQ最优控制问题中的有效性, 并且该算法具有较快的收敛性, 在大步长下具有较高的计算精度.      

基于哈密顿动力系统新变分原理的保辛算法之二：算法保辛性质证明

文献[1]给出了哈密顿系统的一个新的变分原理,并基于此变分原理,通过选择一个时间步长两端不同广义位移或广义动量为独立变量,给出了四种不同类型的求解哈密顿动力系统的数值方法。本文将分别证明这四类数值方法都是保辛的数值方法。     

非线性最优控制问题的保辛多层次求解方法

将非线性系统的最优控制问题导向Hamilton系统,提出了求解非线性最优控制问题的保辛多层次方法．首先,以时间区段两端状态为独立变量并在区段内采用Lagrange插值近似状态和协态变量,通过对偶变量变分原理将非线性最优控制问题转化为非线性方程组的求解．然后,在保辛算法的具体实施过程中提出了多层次求解思想,以2N类算法为基础由低层次到高层次加密离散时间区段,利用Lagrange插值得到网格加密后的初始状态与协态变量作为求解非线性方程组的初值,可提高计算效率．数值算例验证了算法在求解效率与求解精度上的有效性．     

ICP-AES法高精度测定钕铁硼合金中主量元素

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定钕铁硼合金主量元素波动大,相对标准偏差通常高达0.5%以上,严重影响不同牌号钕铁硼磁体的成分配比与性能控制。为了解决这一难题,本文研究了电感耦合等离子体原子发射光谱法同时高精度测定钕铁硼合金中Nd,Fe,B三种主量元素,选择了合适的分析线并扣除了背景。通过采用基体匹配、优化仪器参数、保持稳定的ICP焰炬、校正谱峰漂移(采用软件的校正功能,对各元素进行漂移校正,校正完成后,对原测试数据进行再处理)等,实现了对钕铁硼主量元素的高精密度测试。结果表明:Nd,Fe,B三种元素的短期相对标准偏差分别为:0.09%,0.04%,0.31%,加标回收率为97%~103%;5天内的长期相对标准偏差为:0.17%,0.08%,0.52%;测试同一合成样品,ICP测定值与X射线荧光光谱法测定值相对偏差小于1%,与国外实验室ICP法的测定值相对偏差小于0.1%,测定值与X射线荧光光谱法和国外实验室ICP法的测定值对照结果满足生产、科研的测定要求。     

Halo轨道的ASRE非线性留位控制方法

针对Halo轨道的留位控制问题,提出一种跟踪名义参考轨道的非线性最优跟踪控制策略.首先得到日-地系统第二平动点附近的有控制力作用下的轨道动力学方程,其次利用微分修正法得到要跟踪的名义参考轨道,然后将ASRE非线性最优跟踪控制方法与精细积分法相结合,针对Halo轨道的留位设计非线性控制器,最后利用数值算例验证了本文方法的...     

绳驱桁架结构伸展臂的主动振动控制

伸展臂由于受到空间温度变化和卫星机动动作的影响,不可避免地会产生振动。在阻尼较低的空间环境中,这种振动衰减较慢,影响伸展臂的正常工作。因此,合适的振动控制方法对于伸展臂的正常工作至关重要。本文采用拉绳作为作动器的空间桁架结构伸展臂,研究其作动绳上铰链串联顺序的优化和模型预测控制律的设计,这两部分内容均考虑了作动绳的单边约束和饱和约束。首先,通过ANSYS软件获取结构的模态信息;然后结合系统可控性原理和遗传算法计算出作动绳上铰链串联最优顺序;最后,在数值仿真中,通过设计的控制率对一个由四个单元组成的桁架结构伸展臂的振动控制过程进行仿真分析。结果表明,提出的作动绳串联铰链的方式能够有效抑制伸展臂的振动。     

空间连续型机器人自适应鲁棒容错控制

针对空间连续型机器人系统三臂节执行器并发故障的问题,提出一种自适应鲁棒容错控制算法.采用非奇异快速终端滑模控制器,并通过自适应RBF(Radial Basis Function)神经网络在线调整控制器的切换项增益,使控制器在模型参数摄动和外部干扰下依旧具有较高的跟踪精度和较强的鲁棒性.基于Lyapunov稳定性理论,证明了该控制器可以保证整个系统的渐进稳定性.仿真结果验证了本文算法的有效性.