基于事件触发的预设时间航天器轨迹跟踪控制

针对通信受限条件下的航天器轨迹跟踪问题,提出了一种基于事件触发的预设时间控制算法。为了满足不同任务场景下对航天器快速性的要求,本文设计了一种预设时间轨迹跟踪控制算法。结合反步控制理论及预设时间动态增益,最终实现轨迹跟踪系统的预设时间收敛。作为一种典型的网络化控制系统,航天器在执行任务过程中可能会受到自身通信能力的限制,造成通信阻塞、时延和丢包等问题。为此,本文提出了一种基于动态参数的事件触发算法,在保证系统控制精度的同时,一定程度上避免了控制中心与航天器本体间不必要的通信资源消耗。相比于传统的静态事件触发算法,文中基于动态参数的事件触发算法在减少通信频率方面更具优势。通过理论分析和仿真实验验证所提控制算法的有效性。

2-D离散时滞系统的新时滞相关稳定性准则

研究了具有时变时滞的二维(two-dimensional,2-D)离散系统的时滞相关稳定性问题.所创建的Lyapunov-Krasovskii泛函(Lyapunov-Krasovskii functionals,LKFs)考虑在二次项和单项求和项中引入时滞相关矩阵,包含了更多的状态信息.同时在单项求和项中引入增广向量矩阵,并给出适用于2-D系统的多重辅助函数不等式和互凸组合不等式,用于处理LKFs差分,以便降低计算负担.然后,为具有时变时滞的2-D离散系统推导出保守性更小的稳定性准则.通过两个数值算例验证了所设计方法的有效性和优越性.

新的广义时滞系统容许性条件

针对广义时滞系统,基于李雅普诺夫第二方法和广义系统的受限等价变换,结合积分不等式技术,给出一个线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)形式的容许性条件。首先,利用广义系统的受限等价变换得出广义时滞系统是正则且无脉冲的;然后,通过选取增广型Lyapunov-Krasovskii泛函(L-K泛函)和多重积分型L-K泛函,引入松弛型L-K泛函构建新的L-K泛函,利用Jensen积分不等式和Wirtinger积分不等式对L-K泛函求导后产生的积分项进行处理,得出广义时滞系统的稳定性条件,进而得到广义时滞系统的容许性条件;最后,利用MATLAB中的LMI工具箱,通过数值算例验证所用方法的可行性和有效性。

时变时滞奇异复杂动态网络的间歇控制与同步

利用周期性间歇控制策略研究了具有时变时滞的奇异复杂动态网络的指数同步问题.通过构建Lyapunov-Krasovskii泛函,推导出驱动系统和响应系统的指数同步判据;然后运用LMI工具箱求解线性矩阵不等式,得出了控制增益矩阵.最后,利用Runge-Kutta算法求解具有时变时滞微分代数方程,并通过数值仿真验证了结论的有效性.

具有输入时滞的压电定位平台跟踪控制

文章提出了一种基于预测反馈的反步控制器,以跟踪具有输入延迟的压电定位平台的期望轨迹.压电定位平台采用Hammerstein模型进行描述.根据磁滞逆方法,将带有磁滞的执行器转换为具有有界加性误差的执行器形式,从而将系统转换为线性系统.给出了基于改进预估器的反步控制器的设计方案,以迫使状态跟踪期望轨迹,其中预估器用于补偿输入时滞.最后,通过实验验证了理论结果的有效性.

基于势博弈理论的多智能体避碰避障围捕控制方法

鉴于多欠驱动水下机器人(Underactuated Underwater Vehicle,UUV)围捕控制的难度和不确定性,本研究基于势博弈理论设计了一种围捕控制算法。该算法继承了博弈理论简单性和收敛性的特点,其中的自适应学习特性使算法具有鲁棒性和自主性。同时,该算法还考虑了多UUV之间的避碰问题,UUV与环境中圆形障碍物之间的避障问题,以及逃跑UUV的反追捕反包围策略。在此基础上结合视线角导航,设计了UUV路径点跟踪控制器。基于李雅普诺夫稳定性理论和自适应后推迭代设计方法,实现了UUV速度、航向和距离的精确跟踪控制。同时,仿真结果也验证了围捕算法的有效性。该方法既解决了围捕控制问题,又解决了避碰避障控制问题,具有工程应用价值。

n比特随机量子系统实时状态估计及其反馈控制

研究了n比特随机量子系统实时状态估计及其反馈控制的问题.对于连续弱测量(Continuous weak measurement, CWM)过程存在高斯噪声的情况,基于在线交替方向乘子法(Online alternating direction multiplier method,OADM)推导出一种适用于n比特随机量子系统的实时量子状态估计算法,即QSE-OADM (Quantum state estimation based on OADM).运用李雅普诺夫方法设计控制律,实现基于实时量子状态估计的反馈控制,并证明所提控制律的收敛性.以2比特随机量子系统为例进行数值仿真实验,通过与基于QST-OADM (Quantum state tomography based on OADM)算法和OPG-ADMM (Online proximal gradient-based alternating direction method of multipliers)算法的量子反馈控制方案的性能对比,验证了所提控制方案的优越性.

多智能体系统的实用-分量一致性

实用-分量一致性是指多智能体系统中所有状态变量的一些分量的偏差始终在一个有界区间内波动。本文基于有向网络拓扑探讨一阶非线性领导-跟随多智能体系统的实用-分量一致性问题。首先,对该系统构造一个分段式牵制控制协议;然后,利用置换矩阵方法,将开始的偏差系统转化为一个新的偏差系统,将原系统的实用-分量一致性问题转化为新偏差系统中零解的强实用稳定性问题,并借助矩阵理论和稳定性理论等,导出该系统实现实用-分量一致性的充分条件;最后,通过数值模拟验证理论结果的正确性。

具有局部阻尼的二维Mindlin-Timoshenko板系统的镇定

该文研究了具有局部阻尼的二维Mindlin-Timoshenko板系统,首先将原系统转化成抽象柯西问题,运用算子半群理论得到了系统的适定性.借助系统频域稳定性结果,通过引入几何光学条件结合乘子技巧得到了系统的一致指数稳定性.

类分数阶微分系统的能控和能观性

动态微分系统的能控性和能观性是现代控制理论的基本问题,紧密联系着微分系统的极点配置、最优控制和观测器设计等。能控性是评估系统是否具有通过控制作用支配系统状态的能力,而能观性则研究系统测量输出是否具备推断系统内部状态的能力。本文研究了类分数阶线性微分系统和矩阵李雅普诺夫微分系统的能控和能观性问题。首先,应用常数变易法给出类分数阶线性系统的解析解,基于解析解导出类分数阶线性微分系统能控能观的充分必要条件;其次,应用相似方法提出了类分数阶矩阵李雅普诺夫微分系统能控能观性的判定准则,同时研究其稳定性问题;最终,通过两个具体的数值案例,本文提出的理论结果的有效性得到了充分的验证,从而不仅证实了我们的分析的正确性,而且展示了所提出方法在实际应用中的潜力和价值。

一种三维混沌系统的混沌同步研究

混沌同步在保密通信领域有着广阔的应用前景,但要实现混沌保密通信,位于接收端和发送端的两个混沌系统必须达到混沌同步。为此,采用简单的线性反馈控制实现了一个新三维混沌系统的混沌同步控制,并应用Lyapunov稳定性理论,证明了两个混沌系统在线性反馈控制下实现混沌同步的条件。根据这些同步条件,只要给定系统参数值,就能够判断两个混沌系统是否能够达到混沌同步;另一方面,也可以根据这些判据来选取实现混沌同步的系统参数。最后,进行了计算机仿真,验证了所得到的同步条件是有效的。

牵制控制下含不确定耦合机制的超图同步

超图同步是网络科学目前的热点研究问题。然而,含不确定耦合机制的超图同步研究还未见报道。为此,本文首先提出牵制控制下含不确定耦合超图的一般框架,并通过矩阵的同时块对角化技术降低误差系统的维数,为计算李雅普诺夫指数提供便利,导出含不确定耦合超图实现同步的必要条件;其次,借助李雅普诺夫稳定性理论,给出含不确定耦合超图实现同步的充分条件;最后,利用数值模拟验证理论结果的正确性。

执行器幅值与速率约束下线性系统的事件触发控制

传统的网络化控制系统中,控制任务通常以周期的方式执行.为了节约网络通信资源,一些学者提出了事件触发控制.另一方面,由于物理限制或出于安全考虑,几乎所有反馈控制系统都会受到饱和约束.饱和的存在是系统性能退化甚至不稳定的主要因素.研究了受到执行器幅值与速率饱和约束的线性系统的事件触发控制问题.首先,一阶系统用来表示执行器的幅值和速率限制.然后,引入了两个推广的扇区条件来处理由饱和引起的死区非线性.接下来,通过利用Lyapunov稳定性理论,获得了确保闭环系统区域渐近稳定的充分条件.通过限制稳定域的最小范围,提出了事件触发率的最优化问题.所获得的结果用线性矩阵不等式表示,能够方便地利用MATLAB中的LMI工具箱进行求解.最后,数值例子和仿真验证了所得结果的有效性.

基于PMV的多区域暖通空调事件触发间歇控制研究

提高建筑能源管理效率一直是研究的热点问题,尤其是暖通空调(HVAC)作为主要的能源消耗者.本研究针对多区域HVAC系统,提出了一种基于预测平均感觉值(PMV)的事件触发间歇控制策略,旨在提升建筑的能源管理效率及室内热舒适度.将PMV指数范围作为事件触发间歇控制的规则,设计了相应的间歇控制器,可以得到多区域HVAC系统室内温度维持在可接受范围内的可行条件,同时排除了Zeno行为;通过数值仿真与连续控制策略的对比分析,证实了该控制策略在提供良好热舒适性的同时,具有显著的节能优势.

遗传算法优化理论在航空锂电池SOC测算中的应用

本研究基于遗传算法优化的控制理论,探讨了其在航空锂电池SOC测算中的应用。通过对锂离子电池充放电过程进行深入分析,结合遗传算法优化方法,提出了一种改进的SOC测算模型。该模型综合考虑了电池特性曲线、温度、电流等多种因素,提高了SOC测算的准确性和稳定性。本研究不仅在理论上对SOC测算进行了深入研究,还通过实验验证了所提方法的有效性,为锂离子电池的精准管理提供了重要支持。

基于输出反馈的多智能体系统的动态事件触发一致性控制

研究针对非线性多智能体系统中的领导跟随一致性控制问题,提出了一种基于输出反馈控制和动态事件触发通信机制的解决方案。设计了一种基于事件的分布式协议,利用智能体相关的输出测量值和来自邻近智能体的信息,同时开发了2种动态事件触发机制:用于将传感器数据发送到控制器的通道中的动态事件触发通信和用于向执行器发送控制器指令的通道中的动态事件触发控制器更新。该协议有效地解决了多智能体系统的领导跟随一致性控制问题,并且排除了2个通信通道中的Zeno行为。

具有扰动的不确定非线性多智能体系统的鲁棒H_(∞)二分一致性

研究了符号网络上具有参数不确定性和外部扰动的一类非线性时变多智能体系统(multi-agent system,MAS)的鲁棒H_(∞)二分一致性问题。采用鲁棒控制中处理不确定性的思想,将所考虑的系统转化为具有范数有界参数不确定性的时不变动力学模型。将鲁棒一致性转化为降阶H_(∞)控制问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了具有期望H_(∞)性能的多智能体系统鲁棒二分一致性的线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)充分条件。此外,给出了分布式静态输出反馈控制器的设计过程。进一步以二自由度(two-degree-of-freedom,2-DOF)的平面移动机器人为例,验证了所提出的控制器的有效性。

基于改进A*与DWA的机器人融合算法研究

在复杂环境下,针对单一使用传统A*算法进行全局路径规划,会出现搜索效率低、路径不平滑等问题,提出了一种改进A*和DWA融合的算法,实现了更加精确和高效的路径规划。首先,针对传统A*算法,优化了代价函数,改进了路径选取策略,减少了搜索时长,缩短并平滑了搜索路径。其次,将改进A*和DWA算法进行融合,实现避障的同时提升了路径的平滑度。最后,搭建果园机器人模型,在仿真果园环境下,分别与单一的改进A*算法、改进A*与TEB融合算法进行对比,实验证明改进A*与DWA融合算法提高搜索效率、实现路径平滑的效果显著,更加符合果园机器人的路径规划要求。

Pachpatte积分不等式的比例时滞混合系统稳定性

研究一类具有比例时滞的混合脉冲切换系统。对于比例时滞,通常通过时间变换将比例时滞转换为常数时滞,并结合相应的判据得到稳定性结果。不再基于时间变换,而是利用切换Lyapunov函数和Pachpatte积分不等式,建立任意条件脉冲切换下指数稳定性和渐近稳定性的新判据。最后,通过实例来验证理论结果,结果表明,本文所设计的脉冲控制可以使具有比例时滞的混沌系统趋于稳定。

一类具有非线性扰动的分布式中立系统的稳定性判据

针对一类具有非线性扰动的分布式中立系统,设计了状态反馈控制器.根据李雅普诺夫稳定性理论,结合自由加权矩阵及牛顿-莱布尼茨公式对系统进行稳定性分析,并利用线性矩阵不等式给出系统的稳定性判据.数值仿真进一步验证了所提控制方法的有效性.