船舶动力定位非线性模型预测控制

针对受船舶运动状态和推力饱和约束影响的动力定位控制问题,本文提出了一种非线性模型预测控制方法。依据多面体描述理论建立了船舶动力定位多面体描述偏差模型,针对上述模型采用线性矩阵不等式设计非线性模型预测控制器中的终端要素,并证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明:设计的控制器能在满足约束条件和受环境干扰条件下快速控制船舶稳定在计划航向和计划船位,验证了控制器的有效性和本质鲁棒性。

Polyhedral Feasible Set Computation of MPC-Based Optimal Control Problems

Feasible sets play an important role in model predictive control(MPC) optimal control problems(OCPs). This paper proposes a multi-parametric programming-based algorithm to compute the feasible set for OCP derived from MPC-based algorithms involving both spectrahedron(represented by linear matrix inequalities) and polyhedral(represented by a set of inequalities) constraints. According to the geometrical meaning of the inner product of vectors, the maximum length of the projection vector from the feasible set to a unit spherical coordinates vector is computed and the optimal solution has been proved to be one of the vertices of the feasible set. After computing the vertices,the convex hull of these vertices is determined which equals the feasible set. The simulation results show that the proposed method is especially efficient for low dimensional feasible set computation and avoids the non-unicity problem of optimizers as well as the memory consumption problem that encountered by projection algorithms.

计及风电相关性的区域综合能源系统多时间尺度优化调度

为解决源荷不确定性和风电相关性导致区域综合能源系统调度结果可信度低的问题,以综合运行成本最小为目标,提出一种计及多时间尺度的区域综合能源系统调度模型。在日前阶段,提出计及风电相关性的两阶段鲁棒优化模型,使用列和约束生成法进行迭代求解。日内调度阶段考虑了冷热电响应速率的不同,提出基于模型预测控制的冷热电分层滚动优化模型,进一步消除源荷功率波动。仿真结果表明:计及风电相关性的鲁棒优化方法降低了保守性,提高了经济性;在冷热电分层优化时使用模型预测控制,实现了区域综合能源系统的经济及稳定运行。

氢氧化镁晶须的制备及其生长机理探讨

以MgCl2和NaOH为原料,采用直接沉淀法制备氢氧化镁晶须。研究了添加不同晶控剂对氢氧化镁晶须生成的影响,同时对添加硬脂酸锌制备氢氧化镁晶须的工艺进行研究。采用扫描电子显微镜和粒度分析仪对产品进行表征。结果表明,硬脂酸锌和氯化铁对氢氧化镁晶须的生成具有导晶作用;所得产品为长径比10.7的氢氧化镁晶须。采用负离子配位多面体生长基元理论可以有效地解释氢氧化镁晶须的生成。

化工过程约束优化控制的可行性分析及约束处理

在化工领域过程控制中,普遍存在着各种对输出变量、输入变量甚至中间变量的约束。不同约束条件之间的矛盾会造成约束条件无法全部满足,优化控制器无可行解,给实际生产造成负面影响。从凸体几何角度,将化工生产过程中约束优化控制的可行性判定转化为凸多面体是否相交的问题,将不可行时合理的约束处理方案转化为一系列线性规划或非线性规划问题,提出无需人为参与的自动进行约束优化控制可行性分析和约束调整的算法。Shell公司提供的重油分馏塔典型案例实验证明,该算法能够在约束优化控制不可行时自动有效地进行合理的约束调整,超调量小,控制作用变化平缓,且有一定控制裕量。

线性控制系统的无界多面体不变集

本文利用非光滑分析方法,讨论了线性控制系统的无界多面体不变集问题.当无界多面体的极方向满足一定条件时,得到了该无界多面体为一类线性控制系统弱不变集的判别方法.然后在更一般的线性控制系统下给出了无界多面体为强不变集的充分条件.最后给出两个应用实例.

具有不完全微分的最优模糊PID控制器及其在智能人工腿中应用的仿真研究(英文)

提出了一种新的最优模糊PID控制器 ,它由两部分组成 ,即在线模糊推理机构和带有不完全微分的常规PID控制器 .在模糊推理机构中 ,引入了三个可调节因子xp,xi 和xd,其作用是进一步修改和优化模糊推理的结果 ,以使控制器对一个给定对象具有最优的控制效果 .可调节因子的最优值采用ITAE准则及Nelder和Mead提出的柔性多面体最优搜索算法加以确定 .这种PID控制器被用来控制由作者设计的智能人工腿中的一个直流电机 .仿真结果表明该控制器的设计是非常有效的 ,它可被用于控制各种不同的对象和过程 .

输入变量关联约束对约束优化控制的影响特性分析

过程工业控制中除了存在常见的输入变量和输出变量幅值高低限约束,由于工艺或者控制的需要也可能具有关于输入变量线性函数的关联约束.不同约束条件之间的矛盾可能会造成约束条件无法全部满足,失去了实施预测控制的基础.从凸体顶点角度,将具有输入关联约束的约束优化控制的可行性判定转化为凸多面集是否非空的问题.为保证具有输入关联约束预测控制的有效实施,本文将输入关联约束纳入到预测控制控制律的求解当中.基于Newton控制框架,考虑具有输入关联约束条件下,得到基于区间控制思想的预测控制律的解析表达式,从而分析输入关联约束条件对控制的影响.通过典型系统模型的控制仿真实验,验证以上方法的有效性.

一种新的模糊PID控制器的优化及其仿真研究

该文提出了一种新的最优模糊PID控制器。该控制器由两部分组成 ,一部分是常规PID控制器 ,另一部分是在线模糊推理机构。在模糊推理机构中 ,引入了三个可调节因子xp,xi,和xd,其作用是优化模糊推理结果。该模糊PID控制器用来控制智能人工腿中的一个直线电机 。

基于多面体不变集的变终端约束集RMPC

针对一类状态和输入受约束的多胞不确定线性时变系统,提出了一种基于多面体不变集的变终端约束集鲁棒模型预测控制算法。首先采用基于状态反馈增益的多面体不变集计算方法,给出了一种新的控制不变集序列构造方法,然后以控制不变集序列的并集作为终端约束集,结合在线优化和增益切换,实施变终端约束集双模鲁棒预测控制。该算法不仅有效地扩大了终端约束集,而且采用离线方式计算不变集序列降低了在线运算量。最后仿真结果验证了算法的有效性。

人工可控氢氧化镁晶须生长

从负离子配位多面体生长基元模型出发,根据大维度生长基元的结构特性,讨论了人工可控氢氧化镁晶须生长,主要介绍了多元醇法及镁盐过饱和度法。多元醇法的实质是醇中的羟基在一定条件下与大维度生长基元中的羟基发生假联结(即吸附),使得与多元醇发生了假联结的晶面生长速率大大减小或甚至停止生长,而其他晶面仍然保持原有的速率生长以致形成晶须。镁盐过饱和度法就是使得生长基元[Mg-Ax](x-2)-(A≠OH-)的浓度很大,且要远比[Mg-(OH)x](x-2)-组分浓度大4倍以上,以先形成碱式镁盐晶须,碱式镁盐晶须再与适当的碱液反应,即可制备得氢氧化镁晶须。

基于凸多面体切换时滞的多链库存模型优化

需求及生产的波动导致供应链系统往往存在不确定性。考虑在多供应链复杂系统下,引入凸多面体不确定切换时滞方法来对复杂不确定性系统进行建模求解。在多供应链库存系统模型中,利用Lyapunov理论、凸组合技术和有记忆反馈控制方法,给出了使不确定闭环系统渐近稳定且满足鲁棒H∞性能的一个充分条件;此条件适用于需求不确定性情形下的多供应链时滞切换系统控制求解。最后,通过算例仿真给出了算法的具体求解过程,并对比分析了系统有无切换策略不同的控制结果。仿真计算表明:有切换时滞库存控制系统更符合实际情形,能使系统尽快趋于稳定,牛鞭效应得到较好的抑制,从而提高了供应链系统快速市场响应能力,为扩大市场份额和最大化利润创造了条件。

一类受限非线性系统显示模型预测控制器

提出了一种利用神经网络与显示预测控制相结合来处理一类带约束非线性系统的新方法。首先基于神经网络理论对非线性系统进行建模,通过对神经网络中转移函数的最大最小值的调整构造多面体描述的线性时变系统来包裹原非线性系统,然后采用多参数规划在线离线相结合的方法建立显式模型预测控制系统。最后对该方法进行仿真实验,仿真结果证明,采用这种方法可以很好的描述非线性系统,改善控制器的控制效果。

基于ARM和μC/OS-Ⅱ的多面体磨削控制系统的设计

设计了以SEP4020为核心处理器和μC/OS-Ⅱ为实时操作系统的多面体磨削控制系统,给出了该系统的硬件总体结构和软件构成,并详细分析了系统中几个关键任务的设计与实现方法,实现了对多面体研磨机的控制。实践表明,系统的整体性能稳定,加工效率高,易于升级和维护,具有较大的市场前景。

自调整LPV综合H_∞鲁棒控制器的设计

将线性系统就系统描述的参数变化情况划分为三种类型,就实际应用中最常见的一种情况即混合形式进行了讨论,分析了一般控制系统设计中对于系统的设计要求:稳定性和性能指标、鲁棒性和全局性等,为了使设计的控制器具有足够的稳定裕度和能够适应较大参变范围的能力,利用凸多面体理论,提出了一种基于自调整 LPV 综合技术的 H_∞鲁棒控制器的设计方法,同时得出了控制器的存在性定理。并针对一种静态状态反馈控制器给出了设计方法和过程。

Pd纳米晶的调控合成及其在燃料电池中的应用（英文）

贵金属Pd纳米晶体的催化性能与其表面结构有着密切联系。基于目前Pd多面体纳米晶体可控合成技术的发展,Pd纳米晶体催化性能的进一步优化及其在催化领域的应用前景依然广阔。本文主要阐述了关于Pd多面体纳米晶的制备及其作为电催化剂在燃料电池中应用的最新研究进展。在介绍纳米晶体的生长机理及其表面结构与晶体形状的关系之后,重点描述了Pd多面体纳米晶体常见的几种制备方法,概述了Pd多面体纳米晶体作为催化剂在燃料电池阴极和阳极中的应用。最后总结展望了Pd多面体纳米晶体作为催化剂的研究方向及其发展前景。

控制多面体邻接多重表的单链三表结构

介绍了在闭曲面造型研究中 ,为描述控制多面体M的几何信息和拓扑信息而设计使用的一种单链三表的数据结构 .与其他适用与描述控制多面体的数据结构相比 ,该结构在结合了邻接多重表方法后的特点是 :关系描述清楚 ,节省存储空间 ,方便查找和交互修改形体 .在介绍单链中三表 (面表、边表、顶点表 )所含的几何信息细节、以及单链的三表之间的表示面、边、顶点拓扑关系的指针的邻接多重连接方式之后 ,本文给出了以C语言数组方式简明描述的数据结构实例 .

多面体系统定结构H_2/H_∞控制器优化设计

针对飞机控制系统含有大量的非线性和不确定因素,以及传统鲁棒控制方法设计的控制器阶数太高的问题,利用线性矩阵不等式(LMI),提出了一种新的对于多面体系统定结构H_2/H_∞控制器的优化设计方法。该方法基于鲁棒控制器的非凸集的内凸逼近,使用收敛于次优解的迭代法设计鲁棒控制器;将结果由时不变系统,扩展到多面体不确定性系统,对系统的鲁棒控制进行了创新和改进。仿真结果取参数γ=0.552 7~2来验证所提出的系统的各项性能指标。验证公式均成立,表明所设计的鲁棒控制器具有增益小、动态性能好、鲁棒性强的特点,满足性能指标。该控制器可应用于工业、机器人、航天航空、交通领域。尤其对于无人驾驶、无人机姿态控制、智能机器人以及导弹控制系统,可在其受到扰动时仍保持鲁棒稳定,提高了系统整体的准确性。

基于零处理的联合式风力机LPV容错控制器设计

针对风力机系统多个桨距角传感器故障问题,提出基于零处理的联合式双层凸多面体(Linear Parameter Varying,LPV)容错控制器设计方法。首先通过对传统的风力机LPV模型的凸多面体顶点进行优化,构建出双层LPV模型,然后利用联合式的思想以及零处理的方法逐一设计各个子控制器,将各个子控制器凸结合得到最终控制器。该设计方法鲜明简洁,减小了模型的线性化偏差,解决了风力机系统多个桨距角故障的容错控制问题,保障了风力机的稳定运行。

带扰动时变系统显式模型预测控制算法

针对模型预测控制滚动优化计算量大,很难用于对实时性要求比较高的工业生产过程,提出了带约束和扰动的时变系统显式模型预测控制算法。该方法利用离线与在线结合,离线时对带约束和扰动的时变系统的可行域进行区域划分,并得到每个区域对应的代价函数与控制率的显式函数关系式,在线时通过查表确定当前时刻状态所在区域即可得到相应的控制率,大大减少了在线计算量,提高了实时性。对算法进行仿真实验,证明了算法的可行性与稳定性。