基于分段仿射阻抗模型的电压源变流器小扰动稳定域在线构造

近年来小扰动振荡事故频发,亟需建立能反映新能源并网系统全工况的在线稳定域。小扰动在线稳定域可以为时变性和波动性下新型电力系统的安全评估和控制优化提供强有力的支撑。因此,提出基于分段仿射阻抗模型的电压源变流器(voltage source converter,VSC)小扰动稳定域在线构造方法。首先,该方法使用电压、功率和频域因子作为分区变量,离线构建VSC的分段仿射阻抗模型。在线计算时根据运行工况可以快速定位运行分区并确定对应的线性仿射模型,从而极大地提高阻抗计算的效率。其次,提出VSC稳定域边界点的双层优化模型,利用改进的广义奈奎斯特判据和复合形法进行快速求解。然后,通过改变双层优化模型的求解方向搜索边界点,基于分段拟合获取准确的边界解析式。最后,仿真算例和实验结果表明,分段仿射阻抗模型与全阶阻抗模型误差小于1%;该方法可以准确和高效地构建在线稳定域。

分段仿射模型在智能车辆混合控制的应用研究

针对智能车辆混合动力学控制问题,首先采用分段仿射模型(PWA)非线性逼近车辆主要部件的系统特性,将智能车辆纵向动力学转化为计算混合逻辑动力学(MLD)模型,在此基础上提出了混合模型预测控制(HMPC)策略。通过求解混合整数二次规划(MIQP)问题,设计了能够计算智能车辆纵向工作模式(二进制控制输入),以及节气门开口度和制动压力(连续控制输入)在自动调速过程中切换顺序的控制器。最后通过仿真对比模拟分析,验证了所设计的混合控制器在典型工况下具有良好的纵向速度调节控制性能。

基于轮胎分段仿射辨识模型的车辆行驶状态估计策略研究

以车辆横向运动过程中的行驶状态精确估计为目标,提出了一种考虑轮胎非线性侧偏力学特性的行驶状态估计算法。为准确反映特殊行驶工况下车辆横向动力学行为演化规律,采用分段仿射辨识方法建立了轮胎非线性侧偏力学特性模型,进而实现整车横向动力学分段仿射模型的构建。在此基础上,基于强跟踪平方根容积卡尔曼滤波算法设计了针对系统分段仿射模型的“多模切换”行驶状态估计策略,以期当系统状态发生突变时依然能够保持良好的状态估计精度。基于CarSim和Matlab/Simulink建立了车辆行驶状态估计性能联合仿真验证平台,通过设置两种典型工况,对车辆横摆角速度和质心侧偏角的状态估计效果进行了验证。结果表明,所提出的估计算法能够实现特殊行驶工况下车辆行驶状态的高精度估计。

基于分段仿射模型的DC/DC变换器预测控制研究

基于混杂系统理论,分析了DC/DC功率变换器在连续工作模式下的动态特性,采用ν步离散法得到一个占空比控制变量与连续变量直接相互作用的数学模型,即分段仿射(PWA)模型。结合预测控制方法,在建立的数学模型基础之上,设定系统的二次型性能指标,并引入预测误差对系统的输出进行反馈校正,通过性能指标的优化计算得到占空比控制信号,由此出设计预测控制器。以Buck功率变换器为研究对象,设计了一个开关频率为400 KHz的实验样机,仿真结果和实验结果验证了该方法的有效性。

离散广义分段仿射系统的静态输出反馈控制

为了消除离散广义分段仿射系统的非正则性和非因果性对控制系统性能的不利影响,研究了一类具有参数不确定离散广义分段仿射系统的鲁棒静态输出反馈控制问题.基于分段Lyapunov函数、投影定理和几个基本引理,提出了两种方法来设计使具有参数不确定广义分段仿射系统鲁棒容许的静态输出反馈控制器.利用这两种方法得到的控制器不仅可以保证系统的稳定性,而且可以保证系统的正则性和因果性.通过求解一组包含参变量的LMIs,可以得到保证广义分段放射系统容许的反馈控制器增益.仿真结果证明了所提设计方法的有效性.

输入受限的参数摄动分段仿射系统鲁棒控制

研究了一类有输入约束和参数摄动的离散分段仿射系统的稳定性及其控制器的设计方法。提出了各分段仿射子系统离散时间状态集的椭圆集表示方法,结合Lyapunov意义的稳定约束,以LMIs形式给出了闭环分段仿射系统的鲁棒稳定充分条件和控制器的设计方法。同时将常见的输入约束转换成LMIs,通过LMIs的凸约束保证了求解控制器的可行性。最后通过仿真实例验证了所提方法的有效性。

轮胎非线性纵滑力学特性的分段仿射辨识建模方法

针对传统轮胎力学模型因形式复杂、参数拟合困难等而不便于进行车辆系统动力学控制设计的问题,提出一种基于数据驱动的轮胎纵滑力学特性分段仿射辨识建模方法。基于平板式轮胎动态特性试验台,准确获取了反映轮胎在3124、6530、8036、9468、11760 N等5个垂向载荷,胎压880 kPa,纵向滑移率变化范围为-1~0.5,以及峰值附着系数分别为0.34和0.77的两种路面条件下的非线性纵滑力学特性试验数据。在此基础上,对试验结果进行了分析,确定了轮胎纵向力与其主要影响因素间的一般映射关系,进而引入分段仿射辨识理论完成轮胎纵滑力学特性的有效辨识。辨识主要由试验数据聚类、仿射子模型参数估计以及分解面系数矩阵求解等3个环节组成,分别采用改进的K-means、最小二乘以及模糊加权近似支持向量机等算法进行实现,最终针对低附路面和高附路面分别获取了10个仿射子模型用于拟合轮胎非线性纵滑力学特性试验数据。为验证辨识轮胎模型的精度,将模型仿真结果与试验数据进行对比。结果表明,所辨识的轮胎模型能够准确描述轮胎非线性纵滑力学特性,模型整体拟合精度高于95%。

运用分段仿射变换模型拼接分片TDICCD图像

介绍了多片非共线TDI CCD传感器,并分析了该类传感器的成像特点。用SIFT算法提取片间连接点,用分段仿射变换模型描述分片CCD图像的平移、旋转和缩放,利用大量连接点构建误差方程,求解仿射变换系数,最终实现分片TDI CCD图像的几何拼接。采用某高分辨率卫星遥感图像对提出算法进行实验验证,结果表明:分段仿射变换拼接算法总体拼接精度达到子像素级。

晃荡液舱内水动冲击力的分段仿射模型

针对舱内晃荡液体与舱壁的相互作用,对舱内水动冲击力的等效力学模型进行了研究。基于混合系统理论,建立了强非线性液体晃荡的等效摆分段仿射模型,重点对矩形液舱的简化等效力学模型进行了分析。利用计算流体动力学软件Flow3D对矩形液舱内的强非线性液体晃荡进行了数值仿真。理论分析表明:分段仿射模型更符合刚性碰撞的假定,可以更有效地描述等效摆和舱壁碰撞时的速度跃变。仿真结果的对比表明:受到激励时,等效摆分段仿射模型所产生的力与Flow3D计算的结果比较接近,利用此模型可以恰当地描述强非线性液体晃荡。

约束分段仿射系统的鲁棒最小时间控制

针对一类有界附加扰动的分段仿射系统,提出了一种离线低复杂性的鲁棒预测控制方法-鲁棒最小时间控制。首先计算系统的最大鲁棒正不变集和相关的局部稳定控制律,然后基于最大鲁棒正不变集通过多参数规划离线迭代计算系统的鲁棒一步集,得到的最小时间控制器覆盖最大鲁棒可稳定集。提出的鲁棒最小时间控制确保系统状态在最小时间内进入鲁棒正不变集内,从而保证了鲁棒可行性和稳定性。数值例子验证了方法的有效性和低复杂性。

基于LMI的时滞分段仿射系统H_∞控制

研究了一类有时滞环节的离散分段仿射系统的稳定性及其H∞控制器的设计方法。提出了各时滞分段仿射子系统离散时间状态集的椭圆集表示方法,结合Lyapunov意义的稳定约束,以LMIs形式给出了闭环分段时滞仿射系统的稳定充分条件,从而将系统H∞性能指标最小问题转化成LMI的凸约束求解问题。最后,通过仿真实例验证了所提方法的有效性。

带极点约束离散广义分段仿射系统的H_∞保性能控制

针对一类具有范数有界时变参数不确定性的离散时间广义分段仿射系统和一个二次型性能指标,研究具有极点约束的H∞最优保性能输出反馈控制律的设计问题。通过采用广义分段仿射Lyapunov函数、投影定理以及几个基本引理,提出了对于二次型性能指标使参数不确定离散广义分段仿射系统具有二次D-稳定性,且满足鲁棒H∞性能指标的静态输出反馈控制器的设计方法。通过求解一组包含参变量的LMIs,可以得到保证广义分段仿射系统既容许又满足二次型性能指标的H∞输出反馈控制器增益,仿真结果证明了所提设计方法的有效性。

扩大约束分段仿射系统鲁棒预测控制的吸引域

针对一类具有附加有界扰动的约束离散时间分段仿射(PWA)系统,提出一种扩大其鲁棒模型预测控制吸引域的新方法.计算系统的最大鲁棒正不变集以及相关的局部稳定控制律.基于最大鲁棒正不变集,通过多参数规划,采用一步预测时域来离线计算一序列具有收缩性质的鲁棒可稳定集,构成收缩序列集,并将它们作为优化问题的预测状态终端约束集.得到的预测控制器可以鲁棒调节收缩序列集内的状态到鲁棒正不变集,从而确保系统的鲁棒稳定,并扩大了鲁棒预测控制的吸引域.通过数值实例验证了方法的有效性.

基于观测器的分段仿射离散系统H_∞控制

针对分段仿射离散系统,提出一种基于观测器的H∞控制器设计方法。采用分段二次Lyapunov函数构造耗散不等式,以保证闭环系统的稳定性和H∞性能。通过椭球体近似逼近凸多面体形式的作用域,并借用奇异值分解技术处理矩阵等式约束,从而把H∞性能指标最小化问题转化为线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)描述的凸优化问题,并运用LMI工具箱求解。最后通过仿真实例说明所提方法的可行性。

约束分段仿射系统的鲁棒一步预测控制

针对一类具有附加有界扰动的离散时间约束分段仿射系统,提出了一种鲁棒低复杂性的模型预测控制方法,即鲁棒一步控制.首先,基于最大鲁棒正不变集,计算系统的最大鲁棒可稳定集并作为第一步预测状态的约束集,使得产生的滚动时域控制器可以在较小的预测时域内控制最大鲁棒可稳定集.然后,在最大鲁棒正不变集外,通过构建线性矩阵不等式来分析其鲁棒稳定性.两个步骤分别确保控制器的可行性和闭环系统的鲁棒稳定性.大量的数值例子表明,和已有的控制方法相比,所得的鲁棒一步控制器具有更低的复杂性.

一类约束分段仿射系统的鲁棒双模预测控制

研究了具有附加扰动约束的分段仿射(PWA)系统的预测控制问题,提出了PWA系统鲁棒双模预测控制方法.该方法基于不确定演变集,即在任意可能的扰动下,系统的预测状态演变集.把它作为预测控制开环优化问题的状态约束,并选择一个鲁棒正不变集作为终端约束,使得优化问题的可行性保证了系统的鲁棒稳定性,并可利用优化问题的次优解来确保系统的鲁棒稳定性,降低了优化计算的复杂性.数值实例表明,获得的双模控制器在预测时域内可渐近稳定系统状态到鲁棒正不变集,并在局部控制器的作用下保持状态在正不变集内,保证了系统的渐近终端有界.

基于观测器的离散广义分段仿射系统H_∞控制

针对一类当前所处作用域未知的离散时间广义分段仿射系统,考虑其具有范数有界形式的时变参数不确定性,而且不能从测量输出获得的问题,研究此类系统基于观测器H_∞控制器的设计方法。闭环系统反馈控制器设计从离散广义分段仿射Lyapunov判据出发,应用相关基本引理将控制器存在条件转化为包含参变量的线性矩阵不等式形式,并采用投影定理进一步降低系统保守性,使得基于观测器的闭环系统满足一定的鲁棒H_∞性能指标。通过求解一组包含参变量的线性矩阵不等式组,得到保证此闭环系统具有鲁棒H_∞性能指标的反馈控制器增益和基于输出的观测器增益,并完成了基于Matlab 7.0线性矩阵不等式工具箱的数值仿真。仿真结果表明基于定理1所提控制器设计方法得到的闭环系统干扰抑制度γ=21.4254,且在系统矩阵取值不同的情况下,定理1较传统控制器设计方法具有更好的保守性。

分段仿射变换下基于泊松融合的正面人脸合成

针对目前正面人脸合成算法运算量大或合成图像失真较大的问题,提出一种基于分段仿射变换和泊松融合的正面人脸图像合成算法,将多幅输入图像用分段仿射变换(Piecewise Affine Warp,PAW)映射到正面人脸模板,并根据映射时产生的非刚性形变求得其对应的权重矩阵,进而获取每幅映射图像对应的变形掩膜,依次以这些映射图像为前景图像,以其对应的变形掩膜为泊松掩膜,并以上一次的融合图像为背景图像进行泊松融合,生成一幅平滑自然的正面人脸图像。实验结果表明,相比现有算法,该算法生成的正面人脸图像更加逼近真实正面人脸图像,而且很好地保留了输入人脸的个体信息。

基于观测器的分段仿射系统的事件触发控制

针对带有参数不确定的离散时间分段仿射系统,研究了基于事件触发机制的鲁棒控制器设计问题。考虑了系统存在参数不确定和状态不完全可测的实际情况,同时为了节省通信资源,提出一种新的事件触发方案并设计基于观测器的事件触发控制器。基于分段Lyapunov函数和椭球体形式的作用域描述,将观测器、控制器和事件触发策略的协同设计问题转化为以线性矩阵不等式描述的稳定性条件,既能够保证闭环系统的稳定性,又可以减少信号的传输量。最后通过数值实例验证所提方法的有效性。

基于分段仿射的双侧学习目标跟踪

结合分段仿射目标跟踪方法中仿射变换参数的思想,对双侧学习的目标跟踪方法进行了改变,以达到对运动目标跟踪的良好效果。通过重新定义双侧学习方法中的均值和协方差等重要参数,使这些参数适合运动目标跟踪,并设计出相应的方法。实验结果表明,该方法比基于颜色的双侧学习方法效果更好。