自由下落猫姿态最优控制的混合优化策略

研究猫自由下落时的转体运动对探索宇航员在太空失重状态下的空间运动规律具有重要的参考价值.针对猫自由下落时四肢先着地现象的姿态最优控制问题,提出一种由Gauss伪谱法求解可行解与直接打靶法求解最优精确解相结合的混合优化策略.首先,根据猫在自由下落过程中的角动量守恒原理,推导出简化后的两对称刚体系统的非完整姿态运动方程;然后基于Gauss伪谱法将此无漂移系统的姿态非完整运动规划问题离散为非线性规划问题,并在不考虑实际性能指标函数的条件下利用序列二次规划算法求解此非线性规划问题在较少节点时对应的控制变量可行解,再通过三次样条插值获取较多节点时的控制变量值;最后基于直接打靶法将插值得到的控制值作为序列二次规划算法的初始猜测值,从而求解得到最优的控制输入,再代入系统姿态运动方程,通过数值积分得到落体猫的转体姿态运动曲线.通过数值仿真,求解得到的姿态运动曲线是光滑的,能以较高的精度到达预定的目标姿态;最优控制输入也能满足预先设计的零边界控制要求以及最大控制要求;结果表明了此混合优化策略具有较强的鲁棒性和有效性.     

Birkhoff系统的离散最优控制及其在航天器交会对接中的应用

由于非线性,最优控制问题通常依赖于数值求解,即通过离散目标泛函和受控运动方程转化为一有限维的非线性最优化问题.最优控制问题中的受控运动方程在表示为受控Birkhoff方程的形式之后,可以利用受控Birkhoff方程的离散变分差分格式进行离散.与按照传统差分格式近似受控运动方程相比,此途径可以诱导更加真实可靠的非线性最优化问题,进而也会诱导更加精确有效的离散最优控制.应用于航天器交会对接问题,该种数值求解最优控制问题的方法在较大时间步长的情况下仍然求得了一个有效实现交会对接的离散最优控制.模拟结果验证了该方法的有效性.     

Optimal reorientation of underactuated spacecraft using genetic algorithm with wavelet approximation

The optimal attitude control of an underactuated spacecraft is investigated in this paper. The flywheels of the spacecraft can somehow only provide control inputs in two independent directions. The dynamic equations are formulated for the spacecraft under a nonholonomic constraint resulting from the constant time-rate of the total angular momentum of the system. The reorientation of such underactuated spacecraft is transformed into an optimal control problem. A genetic algorithm is proposed to derive the control laws of the two flywheels angle velocity inputs. The control laws are approximated by the discrete orthogonal wavelets. The numerical simulations indicate that the genetic algorithm with the wavelet approximation is an effective approach to deal with the optimal reorientation of underactuated spacecraft.     

一类基于等级结构的n维食物链系统最优收获

考虑一类具年龄等级结构的n维食物链种群系统的最优收获问题,首先利用压缩映射定理,研究系统解的适定性;其次构造极值化序列和运用相关的紧性定理证明控制问题最优解的存在性;最后通过构造共轭系统和利用法锥的概念刻画,得出最优收获问题最优解的一阶必要条件.     

拟哈密顿系统非线性随机最优控制

主要介绍近十几年来拟哈密顿系统非线性随机最优控制理论方法及其应用的研究成果, 包括基于拟哈密顿系统随机平均法与随机动态规划原理的非线性随机最优控制基本策略, 即响应极小化控制、随机稳定化、首次穿越损坏最小化控制、以概率密度为目标的控制, 为将它们应用于工程实际而作的部分可观测系统最优控制、有界控制、时滞控制、半主动控制、极小极大控制的进一步研究, 以及综合考虑这些实际问题的非线性随机最优控制的综合策略, 非线性随机最优控制在滞迟系统、分数维系统等中的若干应用, 介绍与这些研究有关的背景, 并指出今后有待进一步研究的问题.     

Propagation of P- and S-waves in initially stressed gravitating half space

The present paper contributes in studying the phase velocities of P- and S-waves in a half space subjected to a compressive initial stress and gravity field. The density and acceleration due to gravity vary quadratically along the depth. The dispersion equation is derived in a closed form. It is shown that the phase velocities depend not only on the initial stress, gravity, and direction of propagation but also on the inhomogeneity parameter associated with the density and acceleration due to gravity. Various particular cases are obtained, and the results match with the classical results. Numerical investigations on the phase velocities of P- and S-waves against the wave number are made for various sets of values of the material parameters, and the results are illustrated graphically. The graphical user interface model is developed to generalize the effect.     

公路桥梁车辆耦合系统随机最优控制研究

为了研究公路桥梁车辆耦合系统随机振动的控制策略,本文基于1/4车辆-桥梁模型,采用随机最优控制中随机最优输出调节器对系统进行控制。算例分析表明:采用随机最优控制的系统竖向位移响应方差较无控制情况减小量达90%。该控制方法的应用可大大降低系统竖向位移响应方差,有效提高车辆行驶的平稳性。     

可耗竭性资源从价税与累积开采量的关系研究——基于Hotelling模型的改进

提高可耗竭性资源累积开采量对解决我国资源短缺和资源开采效率低下并存的问题具有重要的意义。在增加了开采成本随累积开采量递增的假设下,本文首先对Hotelling模型做了改进。其次,运用最优控制方法,以完全竞争市场为比较基准,本文研究了垄断市场下从价税与累积开采量之间的关系。研究发现:第一,当从价税税率为零时,垄断市场下的累积开采量低于完全竞争市场下的累积开采量。第二,当从价税税率大于零时,征收从价税进一步降低了垄断市场下的累积开采量。第三,当从价税税率小于零时,征收从价税有利于提高垄断市场下的累积开采量。     

Optimal control for bio-heat equation due to induced microwave

A distributed optimal control problem for a system described by a bio-heat equation for a homogeneous plane slab of tissue is analytically investigated. The required tissue temperature at a particular location of the tumour in hyperthermia can be attained within the total operation time of the process due to induced microwave radiation which is taken as control. The tissue temperature against the tissue length at different operation time of the process is considered to attain the desired temperature of the tumor.     

基于视线运动模型的椭圆轨道交会最优控制

针对航天器自主交会对接实际存在的接近方位角约束, 在视线坐标系内讨论了椭圆轨道最优交会控制设计问题. 根据椭圆轨道视线动力学模型具有时变非线性的特点, 分别采用状态相关Riccati方程(state-dependent riccati equation, SDRE)方法和\theta-D方法进行了最优交会控制器设计. 考虑到实际施加的控制力沿原轨道坐标系各轴向更易于实现, 结合SDRE方法中系统输入矩阵可与系统状态量相关, 进而设计了控制力沿轨道坐标系轴向的最优交会控制器. 数值仿真表明: 两种方法均实现了带有方位角约束的交会; \theta-D控制算法计算效率更高, 而SDRE控制算法精度较高, 且可以实现控制力沿轨道坐标系各轴定向施加.