含多项式取绝对值函数的混沌系统分析与应用

为获得更复杂的动力学特性,设计了一种含有三次多项式取绝对值函数的混沌系统,该混沌系统的理论模型由含有3个状态变量的非线性方程组描述。分析了该系统的基本属性,以及相轨图、时域波形、Lyapunov指数、Poincaré映射、分岔图等动力学特性。系统在一定的参数条件下存在周期和混沌的特性,初值对称时存在共存吸引子或聚合吸引子。此外,某些系统参数变化时,系统存在恒定的动力学特性,状态变量初值变化时系统的动力学特性也是恒定的。电路仿真验证了理论的正确性。基于新设计的混沌系统设计了一种加密方案,对加密性能进行了分析,表明了加密方案的有效性。

基于紧支撑多变量多项式函数的非线性随机系统概率密度函数形状控制方法

针对非线性随机系统的概率密度函数(PDF)形状控制问题,文中以FokkerPlanck-Kolmogorov(FPK)方程为研究工具,提出了一种基于紧支撑多变量多项式(CSMP)函数的非线性随机系统PDF形状控制方法。当系统处于稳定状态时,系统的PDF被困在特定的紧凑子空间中,不需要对整个空间进行积分。而CSMP函数在一段连续的空间内非0,满足紧凑子空间的特征。因此,文中将CSMP的线性组合(CSMP-LC)作为FPK方程的稳态近似解逼近目标PDF。首先,采用飞蛾扑火优化(MFO)算法优化CSMP-LC函数的参数;然后,通过对多维稳态FPK方程的每一维状态变量进行积分,确保稳态FPK方程在整个空间中的积分为0;最后,求解出一维和二维非耦合的状态变量PDF形状控制器,并进行了仿真实验。结果表明,对于一维非线性随机系统,文中提出的方法能有效地实现对不同类型目标PDF形状(单峰形状、双峰形状、三峰形状)的控制,且在目标PDF形状为复杂的三峰时,文中方法的均值、方差、峰度和偏度误差均优于其他两种方法。文中方法扩展到二维状态变量非耦合的非线性随机系统时,也能较好地实现对PDF形状的控制,为多变量随机系统的PDF形状控制研究提供了新的思路。同时,CSMP函数可以减少积分计算的复杂性,降低了非线性随机系统的PDF形状控制器的求解难度。

基于SE(3)的航天器姿轨一体化有限时间容错控制

针对相对运动航天器,当执行机构出现故障以及外部干扰和系统不确定性同时存在的情形下,利用滑模控制的鲁棒性,提出了一种有限时间容错控制方法。基于李群SE(3)建立了单刚体航天器姿轨一体化模型,并在指数坐标下推导了相对运动航天器误差动力学方程。设计了一类非奇异快速终端滑模面,并采用等价自适应方法设计控制器估计和补偿外总扰动,提出的容错控制算法可以不依赖于故障诊断与检测环节。运用Lyapunov方法证明了系统在故障和扰动等多约束条件下的稳定性和有限时间快速收敛性,数值仿真结果分析也验证了该容错控制器的快速性、准确性与可靠性。

基于H-infinity动态观测器的车辆质心侧偏角融合估计算法

针对车辆控制系统中关键参数质心侧偏角的估计问题,提出一种基于H-infinity理论和动态观测器理论的融合估计算法。提出的动态观测器具有动态变量,可以提高估计算法的暂态和稳态性能。通过引入偏差向量和构建李雅普诺夫函数,结合H-infinity理论,将动态观测器参数矩阵的求解问题转换成线性矩阵不等式的求解问题。建立车辆2自由度非线性动力学模型,采用质心侧偏角作状态变量,利用动态观测器对其进行估计。最后,在Simulink中搭建基于H-infinity理论和动态观测器理论的车辆质心侧偏角融合估计算法模型,并进行CarSim-Simulink联合仿真,对提出的算法进行仿真验证。

连续非线性系统的神经网络α阶逆系统控制方法

对连续非线性系统，采用连续系统的设计方法，利用神经网络对非线性函数的逼近能力加上用来表征系统动态特性的若干积分器，构造工程上可实现的原系统的神经网络α阶逆系统（将α阶逆系统直接与原系统串接，构成α阶积分伪线性复合系统），并对α阶积分伪线性复合系统设计线性控制器，实现对原非线性系统的有效控制．仿真结果表明，该方法适用于较一般的线性、非线性连续系统，且结构简单，易于工程实现．

船舶动力定位系统的非线性输出反馈控制

针对动力定位船舶的速度不可测问题,考虑带有环境扰动的动力定位船舶运动非线性数学模型,提出一个非线性观测器-控制器控制方案,实现仅依赖于船舶位置和艏向测量值的船舶动力定位的输出反馈控制,且其观测器具有分离的稳定性.应用串级非线性系统理论证明了最终的船舶动力定位输出反馈闭环系统是全局渐近稳定的,所设计的输出反馈控制律迫使船舶的位置及艏摇角全局渐近收敛于期望值.以一艘供给船为例进行仿真研究,结果验证了所设计的船舶动力定位输出反馈控制律的有效性.

开关变换器的本质安全特性分析与设计

通过分析开关变换器的最危险故障状态,得出了判断其内部本质安全的等效电感电路。根据开关变换器的最大输出短路释放能量,得出了变换器的输出短路等效电容。以电容、电感电路的点燃曲线作为依据,得出了开关变换器内部和输出本质安全的判断方法。以变换器同时满足本质安全和期望的输出电压纹波要求作为限制条件,得出了电感、电容的设计范围。以Buck变换器为例进行了分析和试验,结果验证了所提方法的可行性和理论分析的正确性。

船舶运动航向自适应非线性控制的仿真研究

针对参数未知的船舶航向非线性控制系统数学模型,考虑船舶操舵伺服机构特性的情况下,船舶航向控制问题成一个虚拟控制系数未知的非匹配不确定非线性控制问题。引入Nussbaum函数,并采用逆推(backstepping)技术,成功地解决了上述困难,设计了船舶航向自适应非线性控制器;借助Lyapunov函数证明了所设计控制器使最终的闭环非匹配不确定船舶运动非线性系统中的所有信号有界,系统的实际航向自适应地保持设定航向。以大连海事大学“育龙”轮为例进行仿真研究,结果证明所设计的控制器是有效的。

电机转速环节Super-Twisting算法二阶滑模控制律设计与研究

针对电机转速环节,研究了以Super-Twisting算法(STA)为基础的转速闭环二阶滑模控制律设计方法,无需对转速求导或求解转速极值。利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,并分析了系统中比例滑模项对系统收敛的稳定性和快速性的影响,以及不同类型比例滑模项的共同点与区别。仿真结果表明,在STA基础上人为增加比例滑模项可以提高系统的收敛速度,而不受系统工作状态影响,并且不改变系统的STA二阶滑模特性。由于各种电机都具有统一的转子运动方程,因此,研究结果对各种电机的转速环节二阶滑模闭环控制具有通用性。

板球系统的非线性自适应控制

针对球半径、球质量、球转动惯量未知的板球系统,提出了其非线性自适应控制方法。建立了包括球板间摩擦、传动机构、步进电机等环节的板球系统数学模型。结合Lyapunov稳定性理论设计了非线性位置控制器和非线性自适应位置控制器。提出的控制方法经过了仿真验证。跟踪控制结果表明与模糊控制相比,非线性自适应控制方法提高了板球系统的控制精度。

一类超混沌系统电路实现及其动力学分析

针对如何生成超混沌信号问题,通过在一个3维混沌Lü系统的电路中简单地加载一个积分电路,实现了一类超混沌系统电路。电路仿真获得了这类系统的超混沌吸引子及混沌、周期和准周期吸引子。并对实验电路所对应的四维连续自治耗散系统方程进行了分析和数值仿真,论证了这些系统电路的超混沌现象及其动力学特性。提出的超混沌系统电路实现简单,具有工程应用价值。

船舶航向非线性系统的自适应跟踪控制器设计

将非线性船舶操纵数学模型用于船舶航向跟踪的自动舵设计,同时考虑模型参数的不确定性以及舵机伺服系统特性,则船舶操纵非线性数学模型具有非匹配不确定形式.针对上述困难,提出一种新的自适应非线性控制策略,将Nussbaum函数与逆推(backstepping)技术相结合,设计了船舶运动航向跟踪控制器,成功解决了其虚拟控制系数符号未知的问题.在理论上,借助Lyapunov函数证明了所设计控制器使最终的非匹配不确定船舶运动非线性系统中所有信号有界,船舶实际航向自适应地渐近跟踪设定的期望参考航向.仿真结果表明所设计的控制器有效可行,对系统参数变化具有很强的鲁棒性.

一类非线性系统的自适应模糊滑模控制

对一类具有不确定性的非线性系统，根据滑模控制原理并利用模糊系统的逼近能力，提出了一种自适应模糊滑模控制系统的设计方法．控制结构中采用模糊系统自适应补偿过程的不确定性．利用李雅普诺夫理论，证明了控制算法是全局稳定的，跟踪误差可收敛到零的一个邻域内．

基于NOFRF裂纹转子非线性频谱分析

建立了裂纹转子非线性逼近模型,论述了非线性输出频域响应函数(NOFRF)及其非线性频谱分析理论,基于该理论对裂纹转子系统的各阶NOFRF进行了仿真分析,该分析结果说明了裂纹转子系统新频域成份是如何产生的,对裂纹转子的超谐波成份和亚共振现象进行了解释,并进行了试验分析,结果表明了高阶NOFRF比一阶对转子裂纹深度更敏感,为裂纹转子的精确故障诊断提供了理论基础。

电力推进船舶电力负荷的多变量混沌局部预测

为提高电力推进船舶电力负荷预测精度,提出电力推进船舶电力负荷的多变量混沌局部预测。将相空间重构由单变量时间序列拓展到多变量时间序列,并依据电力推进船舶电力负荷及其相关因素构成的多变量时间序列进行相空间重构。针对每一分量时间序列采用互信息法进行最佳时间延迟的选择,最优嵌入维数则采用虚假邻点法进行确定。根据多变量混沌时序局部预测,提出基于正则化的电力推进船舶电力负荷多变量混沌局部预测。通过对实际船舶电力负荷的计算实例表明,基于多变量时间序列的预测方法比单变量预测具有较好的预测效果。

高阶非线性控制系统相平面的图解实现

非线性控制系统在实际中的存在非常普遍,分析方法有多种。而非线性系统的相平面法既能提供稳态性能信息,又能提供时间响应信息,因而被广泛使用,但相平面法只限于一阶、二阶线性系统的分析。为得到高阶非线性系统的相平面,借助状态空间法,提出一种利用图解方法实现高阶非线性系统相轨迹的作图方法。数值仿真结果表明该算法与解析法相比具有良好的动静态性能、高的控制精度和较强的适应性,同时结果说明了该方法的有效性,算法具有计算简单、易于实现的特点。

非线性系统预测控制的多模型方法

本文在非线性系统的线性化多模型基础上，引入多模型参考轨迹逼近期望轨迹，提出了一种非线性系统预测控制的多模型方法．仿真结果表明，这种方法是有效的．

利用神经元网络实现门尼粘度的预估

介绍了基于神经元网络的预估门尼粘度的软仪表。其中包括输入变量的选择、网络的构造、信号的预处理及在线修正方法等，文章最后报告了软仪表的现场运行结果。

数字实现混沌系统的建模、仿真与实验

为提高混沌信号源的稳定性和精确性,提出了数字实现混沌系统的方法。在综合新提出的三维混沌系统和四维超混沌系统的基础上,通过将它们的微分方程转化为积分方程,采用离散化累积运算方法,建立了基于数字实现的离散模型。在Matlab/Simulink下数值仿真观察到了系统参数变化时动力学行为的演变过程,并基于ATmega128L微控制器芯片实现了相应的混沌和超混沌系统。仿真和实验结果表明了混沌和超混沌现象的存在性以及数字实现的可行性。

非线性频谱分析在故障诊断中的应用

提出了一种基于非线性频谱分析的故障诊断方法 .针对测量信号不可避免的噪声干扰 ,采用总体最小二乘法辨识系统的频域传递特性 ,利用人工神经网络完成故障模式分类 ,构造了一种合理的特征提取方法 ,并给出了基于非线性频谱分析的故障诊断的完整方案 .试验结果表明 ,该故障诊断方法准确率高 ,计算量小 ,可以应用于实际工程 .