航天器太阳帆板展开过程最优控制的自适应Gauss伪谱法

研究了自适应Gauss伪谱法解决太阳帆板展开过程中航天器姿态最优控制的问题.由于帆板展开过程在工程应用中存在控制受限、状态受限、航天器姿态初始和终端状态受限等约束条件,航天器姿态控制问题可以看作是满足上述约束条件和边界条件,同时实现性能指标函数最优的最优控制问题.采用自适应Gauss伪谱法,通过判断时间区间是否需要细分及时间区间上节点数量是否需要增加,最大限度地提高计算效率,得到满足精度要求的帆板展开最优控制问题的解.最后对太阳帆板展开过程进行仿真,获得较好的姿态运动优化轨线及控制规律,论证了该方法在姿态控制问题中的有效性.     

基于高斯伪谱的最优控制求解及其应用

研究一种基于高斯伪谱法的具有约束受限的最优控制数值计算问题.方法将状态演化和控制规律用多项式参数化近似,微分方程用正交多项式近似.将最优控制问题求解问题转化为一组有约束的非线性规划求解.详细论述了该种近似方法的有效性.作为该种方法的应用,讨论了一个障碍物环境下的机器人最优路径生成问题.将机器人路径规划问题转化为具有约束条件最优控制问题,然后用基于高斯伪谱的方法求解,并给出了仿真结果.     

基于Gauss伪谱法的欠驱动航天器姿态优化控制

现代航天器一般可以通过三正交反作用动量飞轮对其进行姿态机动控制并任意定位.研究了当其中某一个动量飞轮失效而不能输出完整三轴控制力矩时的欠驱动航天器姿态优化控制问题.在系统动量矩等于零时,其姿态控制问题可以转化为无漂移系统的非完整运动规划问题.采用Gauss伪谱法(GPM)将带有两个反作用动量飞轮的航天器姿态非完整运动规划问题转换为非线性规划问题(NLP),再通过SQP(sequential quadratic programming)算法求解.通过数值仿真、优化控制能达到设计的零边界控制要求,方便伺服电机对动量飞轮的控制;规划得到的姿态曲线与数值积分得到的曲线几乎完全重叠;权衡最终的优化目标值、运行时间和精度三因素找到合适的插值配点个数;结果表明了该方法对欠驱动航天器的姿态优化控制是有效的.     

一类随机最优控制问题的拟蒙特卡洛方法

本文使用梯度投影优化方法求解一类随机最优控制问题.蒙特卡洛方法是处理随机最优控制问题的一种常用方法,但收敛速度慢.我们选取收敛速度较快的拟蒙特卡洛方法.为使随机抽样维数和时间离散点独立,我们对Brown运动进行Karhunen-Loève截断,用拟蒙特卡洛方法中Sobol点序列抽样,得出数值近似的误差,并通过数值实验验证方法的有效性.     

自由下落猫的非完整运动规划最优控制研究

研究猫在自由下落时姿态运动规划问题．自由落体的猫在空中转体运动由于角速度不可积,姿态运动方程呈现为非完整形式．当系统角动量为0时,导出由两个对称刚体组成的自由下落猫的非完整姿态运动方程．利用该非完整方程系统的控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题．基于Ritz近似理论,给出自由落体猫姿态运动规划的Gauss-Newton算法．最后对自由落体猫作了数值仿真实验,仿真结果验证了该算法的有效性．     

基于高斯伪谱法的月球软着陆轨道的数值分析

月球软着陆是月球探测技术发展的关键所在,针对月球软着陆过程中的着陆轨道设计、着陆过程最优控制的实际问题进行定量分析,运用高斯伪谱法将问题转化为求解满足一定性能指标和约束条件的最优控制问题以确定月球软着陆的最优控制策略;分析着陆区域数字高程图,得到月球最优着陆区域.     

直接配置法求解连续铸钢过程中的最优控制问题

利用描述连续铸钢过程二冷区喷水控制下钢的热传导的半离散化模型 ,我们构造一包含温度梯度约束的最优控制问题 .针对此最优控制问题 ,采用直接配置法进行数值求解 ,得出相应的近似最优控制 .     

F-展开法的扩展及应用

对F-展开法中的辅助常微分方程进行了改进,并利用改进后的常微分方程的解求得了一些重要的非线性发展方程(组)的新的Jacobi椭圆函数解,从而得到了新的孤波解.     

用参数展开法计算一类含对数函数的定积分

利用参数展开法,得到了一类含对数函数的定积分的值．     

Riccati展开法求非线性Konno-Oono耦合方程的新精确解

应用Riccati展开法,给出了非线性Konno-Oono方程的一系列新精确解.这些解的形式包括三角函数解、双曲函数解、有理函数解.最后,对特殊函数下的精确解进行数值模拟,给出这些精确解的直观表示.     

不确定非完整系统的鲁棒适应控制

研究了一类带有不确定参数以及强非线性干扰项的链式非完整系统的鲁棒适应控制问题A·D2利用State-scaling和back-stepping技巧,构造性地给出了一种使系统镇定的反馈设计方法,使闭环系统指数稳定．     

用混合Jacobi-球面调和拟谱方法数值求解Fisher型方程

本文提出了一种数值求解单位球内Fisher型方程的全离散混合Jacobi-球面调和拟谱格式,数值结果显示该方法是有效的.     

Pseudospectral Chebyshev Optimal Control of Constrained Nonlinear Dynamical Systems

A pseudospectral method for generating optimal trajectories of linear and nonlinear constrained dynamic systems is proposed. The method consists of representing the solution of the optimal control problem by an mth degree interpolating polynomial, using Chebyshev nodes, and then discretizing the problem using a cell-averaging technique. The optimal control problem is thereby transformed into an algebraic nonlinear programming problem. Due to its dynamic nature, the proposed method avoids many of the numerical difficulties typically encountered in solving standard optimal control problems. Furthermore, for discontinuous optimal control problems, we develop and implement a Chebyshev smoothing procedure which extracts the piecewise smooth solution from the oscillatory solution near the points of discontinuities. Numerical examples are provided, which confirm the convergence of the proposed method. Moreover, a comparison is made with optimal solutions obtained by closed-form analysis and/or other numerical methods in the literature.     

Inexact Iterative Bregman Method for Optimal Control Problems

In this article, we investigate an inexact iterative regularization method based on generalized Bregman distances of an optimal control problem with control constraints. We show robustness and convergence of the inexact Bregman method under a regularity assumption, which is a combination of a source condition and a regularity assumption on the active sets. We also take the discretization error into account. Numerical results are presented to demonstrate the algorithm.     

电液位置伺服系统的鲁棒自适应控制

针对由于参数不确定性、非线性等因素导致的电液位置伺服系统跟踪控制问题,基于Lyapunov(李雅普诺夫)稳定性理论,提出了一种具有参数自适应能力的鲁棒自适应反步方法.通过设计的自适应律来抑制由于参数不确定性对系统跟踪控制性能的影响,设计的鲁棒控制律使得系统具有全局一致渐近稳定性能.此外,还对伺服阀换向引起的不连续性进行了近似处理.以伺服阀控对称缸系统为控制对象,仿真结果表明,和传统的PD控制方法相比,在参数不确定性的情况下,该控制方法使得电液伺服系统的位置跟踪误差波动较小,且能以较快速度渐近收敛到0,同时所需要的伺服阀输入电压信号值也更小,相关不确定参数在经过较短时间后均可以收敛到其稳定值,从而验证了所提出算法的有效性.     

多维广义SRLW方程的Chebyshev拟谱方法分析

考虑了一类多维的广义对称正则长波(SRLW)方程的齐次初边值问题Chebyshev拟谱逼近,构造了全离散的Chebyshev拟谱格式,给出了这种格式近似解的收敛性和最优误差估计。     

Navier-Stokes方程最优控制问题的一种非协调有限元局部稳定化方法

基于局部Gauss积分和梯形外推公式,速度/压力空间采用最低等阶非协调元NCP1-P1逼近,针对非定常Navier-Stokes方程最优控制问题,建立了一种全离散的非协调有限元局部稳定化格式.该格式绕开了inf-sup条件的束缚,且在每一时间步上,只需要做线性计算,减少了计算量.证明了该格式是无条件稳定的,给出了详细的误差分析.误差结果表明,该线性格式在时间上具有二阶精度.