“最优化理论与最优控制”课程思政探索

“最优化理论与最优控制”是控制科学与工程专业研究生的一门专业基础课。挖掘课程相关的思政元素并将其与专业知识有机融合,有利于培养学生的专业认同感以及锐意进取、严肃认真的学习态度,激发学生爱国热情,增强学生责任感和使命感,让课程教学充分发挥立德树人作用。文章分析了本课程概况及研究生专业课程思政教学中存在的问题,提出合理设计思政元素、设置具有思政特色的教学环节、改进教学方式、优化思政效果评价体系等策略,以期在教学中完成知识的传授并潜移默化地帮助学生树立正确的世界观、人生观、价值观。

景观叙事理论视角下的历史街区景观优化

历史街区作为表达城市人文特性的主要介质,有丰富的历史价值和文化价值,是展示城市风貌的重要载体。景观叙事学作为叙事学的分支,在城市开发、城镇化建设、历史文化传承中均起着重要作用。本研究以广西南宁蒲庙老街为例,寻找历史街区之间的景观叙事联系,探索出新的叙事可能性,以期提升历史街区的文化表达,为其他城市历史街区的发展提供新思路。

基于最优控制理论的储能飞轮转子形状优化设计研究

为克服飞轮转子形状优化时一般优化方法效率低的缺点,在分析角速度对转子形状影响的基础上,将转子角速度划分为低速、中速和高速三个阶段,采用最优控制理论,直接得到实心和空心飞轮转子的最优形状解析表达式。通过比较实心和空心转子低速、中速和高速情况下的最优形状,揭示飞轮转子最优形状随角速度变化的规律。研究结果表明,低角速度下,转子的最优形状沿半径方向'内薄外厚';高角速度下,'内厚外薄';中等角速度下,'两端厚中间薄'。低角速度情况下,实心和空心转子的最优形状相同;但中、高速情况下,实心转子的最优形状中包含等应力弧段,而空心转子的最优形状中不包含等应力弧段。由于实心转子的最优形状中包含有等应力弧段,实心转子的储能性能更优于空心转子。

气动/几何约束条件下翼型优化设计的最优控制理论方法

基于最优控制理论原理和Navier-Stokes方程,研究了气动/几何约束条件下多设计变量的翼型气动优化设计问题.根据给定的目标函数表达形式,在计算坐标下详细推导了相应的共轭方程及边界条件,以及梯度方程的具体数学形式.通过合理数学变换,得到了物理空间上适应于CFD数值求解的共轭方程直观表达形式,并发展了有效数值求解方法.通过将流动方程、共轭方程、目标函数敏感性导数和优化算法相结合,发展了一种新的气动优化设计方法.相关设计算例表明该方法在设计理论、适用性以及时间费用等方面具有显著特色和优点,且设计结果更为可靠.

最优控制理论在拱坝动力优化中的应用

在拱坝的动力优化中，应用传统的以体积为目标函数的数学模型，有一定的局限性．本文用最优控制理论建立双目标模型与能量模型对拱坝进行动力优化分析，两模型综合考虑拱坝的安全性、经济性和稳定性．并以小湾拱坝的计算结果验证两模型的合理性与可行性．

约束最优控制理论及其在气动优化中的应用

为了隐式地和自动地处理气动优化中的约束条件,在Jameson的无约束控制论气动优化设计理论基础上发展了有约束的最优控制理论,建立了约束伴随方程方法,并将其成功地应用到了约束气动优化设计中．比较约束伴随方法和Jameson的原始方法,约束优化问题仅仅只需要修改最终伴随方程的物面边界条件和梯度的计算公式而其它项与Jameson原始方法中的完全相同．这表明了基于控制理论的优化方法不仅适用于含有大量设计变量的优化问题,而且也可以很方便地处理约束优化问题．

基于现代最优控制理论的轴流涡轮级S_2流面优化设计计算方法探讨

把数学规划论和现代最优控制论引入了轴流涡轮级的优化设计。采用非线性数学规划条件极值问题的求解方法进行了轴流涡轮级子午面几何通道形状及叶片几何参数的最优化设计 ,再在优化了的子午面几何通道内建立包括涡轮级内所有性能参量的最优流型命题的物理模型及其数学表达式 ,并归化为一个在给定初始状态、自变量终端固定、部分状态变量终端受有约束的条件下使级的输出功率最大的最优控制问题 ,应用“代价函数法”及“共轭梯度法”计算得到符合给定约束条件并使目标函数取极值的最优环量分布 。

基于H_∞最优控制理论的粒子群优化算法在造纸定量控制中的应用

针对造纸定量控制系统具有非线性、时滞、多干扰等控制难点,本课题提出一种基于H_∞最优控制理论的粒子群优化算法(PSO)优化PID参数。改进的PSO具有对控制系统过程模型的依赖性小、参数整定简单、鲁棒性和抗干扰性强的特点。与传统算法相比,基于H_∞最优控制理论的PSO可以高效地找出符合设计要求的PID调节参数,不会陷入局部最优,且使系统性能指标达到最优或次最优。并且,仿真结果也验证了该算法的有效性和实用性。

基于危害分析与关键控制点和流程再造理论的大型医院静脉采血流程优化与对策研究

本文采用危害分析与关键控制点质量控制体系和流程再造理论,分析首都医科大学附属北京天坛医院静脉采血流程各环节的关键控制点及潜在危害因素,提出优化措施。通过构建智慧采血预约平台等措施,优化采血流程,减少等待时间,优化诊疗环境,降低成本,取得了良好的社会效益和经济效益。

基于最优控制理论的航空飞行安全性以及经济性的优化研究

在我国航空运输业飞速发展中,民航事业在不断优化中得到了全社会的关注。而随着空中交通数量的增加,科学避免飞机间可能出现的矛盾或冲突,全面保护空中飞行安全,已经成为行业探索的焦点。航空公司在考虑运行安全的同时,还会关注实际运营成本。因此,文章在了解最优控制理论内容的基础上,基于现有飞机性能分析如何利用现代化技术构建适用于多种类型的计算软件,并结合最优控制理论推导出飞机剖面的优化公式,而后运用粒子群优化算法得到成本最佳的飞行轨迹。

产权理论视角下传统村落生态产品价值实现的测度与优化路径——以湖南四个典型传统村落为例

传统村落作为人与自然和谐相处的典范,蕴含着丰富的生态产品,如何在乡村生态文明的建设下,把握传统村落生态产品价值实现状况,助推传统村落生态产品价值的实现尤为重要。本研究通过问卷调查、数据分析、实地调查法,基于产权理论划分传统村落生态产品类型,并构建传统村落生态产品价值实现指标体系,同时以湖南四个典型传统村落为例,开展传统村落生态产品价值实现的测度与优化路径研究。结果表明:产权理论视角下传统村落生态产品分为私人生态产品、准公共生态产品和公共生态产品三类,包含生态物质产品、生态文化服务、生态调节服务三要素;传统村落生态产品价值实现的测度差异度低,整体价值实现水平一般,得分在57.08~60.85之间,其中横岭村得分最高,芋头村得分最低。根据价值实现的测度结果与实地调研情况,针对性地提出了旅游开发型与农业主导型传统村落的优化路径,以此助推传统村落生态产品价值实现,促进传统村落的活化与可持续发展。

基于模拟退火算法的最优控制问题全局优化

参数化后的最优控制问题是一类高维非光滑非线性约束优化问题,传统的非线性规划算法求解时存在着收敛性差、局部收敛等问题。针对上述问题,该文采用多重参数化方法处理最优控制问题,非可微精确罚函数方法处理约束条件,引入了具有良好全局收敛性的模拟退火算法求解参数化后的最优控制问题。典型的时间最优和燃料最优控制问题的求解结果表明:模拟退火算法有着可靠的全局收敛性。

优化理论与最优控制在断路器操作回路中的应用

优化理论与最优控制理论是现代控制理论理论的核心,它是通过一些控制手段和约束条件,在特定条件下将控制效果达到最佳。坚强智能的电力系统的离不开继电保护,继电保护装置就是能反映电力系统中各电气设备发生故障或不正常工作状态,并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。本文从优化理论和最优控制的角度,对继电保护作用于电路器的控制的最优化展开介绍,使得断路器安全可靠的运行,保证电力系统的稳定性。

基于最优控制的汽车被动悬架参数优化设计

研究了利用最优控制理论对传统的汽车被动悬架参数进行优化的算法。根据最优控制理论得到了反馈增益 ,并利用最小二乘概念构造了目标函数。对一组悬架参数在正弦激励和随机激励下进行数值仿真得到的结果表明 ,和原有的被动悬架相比 ,本文方法使汽车的运行性能有较大的提高。由于利用本文方法对实际车辆进行改造并不复杂 ,因此该方法具有较强的实用性。最后 。

基于点-轴理论的东北亚旅游空间结构优化研究

东北亚涵盖朝鲜、韩国、日本、蒙古国4个国家全境和中国的东北3省与内蒙古自治区及俄罗斯的远东与西伯利亚2个联邦管理区,是世界经济的重要板块。本文根据点—轴理论从旅游资源、城市布局、自然地理环境、人口规模、交通线路与地域关系等角度探析了东北亚旅游空间结构的优化布局。结果显示:东北亚旅游空间结构优化形成“点—线—面”的布局,构建9核26心78点的三级旅游节点与4纵2横的旅游发展主轴线以及6大旅游发展组团的空间布局;东北亚旅游空间结构优化的轴线分为主轴线、辅助线和外联轴线,其中主轴线包括4纵2横;东北亚旅游空间可进一步划分为6大组团;东北亚旅游空间结构优化有利于区域经济健康持续发展。

最优控制理论在磁轴承控制系统中的应用研究(英文)

建立了径向四自由度磁轴承系统状态方程 ,介绍了采用最优控制理论中线性二次型方法设计磁轴承集中和分布参数控制器的方法和步骤 ,并用MATLAB语言进行了仿真比较 .仿真和实验结果表明 :磁轴承转子在 6 00 0 0rpm以下运行 ,基于最优状态反馈控制理论设计的控制器 ,忽略各自由度之间的耦合 ,用分散控制策略设计的磁轴承控制系统 ,基本满足磁轴承性能要求 .

求解非光滑最优控制问题的自适应网格优化

针对传统直接配点法在求解非光滑最优控制问题时存在离散误差大、精度低的问题,提出了一种自适应直接配点法。利用局部分段插值多项式逼近最优解,将最优控制问题离散为非线性规划问题,并给出了离散误差估计方法,根据离散误差的大小确定区间内节点的加密量,提出了自适应网格优化算法,利用该算法将大部分节点配置在非光滑区域以降低离散误差。最后通过仿真算例将所提算法与传统直接配点法和文献中的拟谱自适应算法分别进行比较,验证了所提算法的高精度和有效性。

道路收费和通行能力的联合最优控制理论模型

在可变需求网络中考虑交通流分配的非均衡演化过程,建立一个时变拥挤收费和道路通行能力的联合最优控制理论模型,旨在使系统的全期总收益最大.利用极大值原理分析了模型的最优性条件,并设计了结合梯度算法的近似迭代算法.数值计算结果满意地解释和支持了提出的模型和算法.

有压瞬变流限压控制反问题的最优控制理论解法

以简单管系统为研究对象,建立了有压瞬变流限压控制反问题的最优控制数学模型.采用δ-摄动法并经过空间离散,将由拟线性偏微分方程控制的有压瞬变流系统转化为时间连续线性系统,从而使有压瞬变流限压控制反问题能应用时间连续系统最优控制理论来求解.

基于精确线性化理论的倒立摆系统最优控制

倒立摆是自动控制理论研究的典型实验设备,由于其具有强非线性与强耦合性,一直是先进控制算法研究的热点。文章采用了一种微分几何方法——李理论,对倒立摆系统进行精确反馈线性化,此种线性化方法使模型更多地保留了原系统主要的非线性部分,更能逼近实际系统。在此线性化模型的基础上,对倒立摆系统进行最优稳定控制设计。仿真结果表明,所提出的精确反馈线性化方法对于倒立摆系统的控制器设计是有效的。