基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法

为了提高具有未知干扰的复杂非线性系统的控制性能和运行性能,提出了一种基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法(IOCM).该方法设计了一个基于模糊神经网络的模型逼近器来捕捉系统的非线性动力学,并利用干扰观测器来描述系统的未知干扰,以获得更准确的系统预测模型.然后,在多目标模型预测控制的框架下,提出了一种具有协同成本函数和多梯度算法的优化控制结构,以综合求解设定点和控制律.采用城市污水处理过程基准仿真平台(BSM1)验证所提方法的有效性.实验结果表明:暴雨天气条件下平均出水水质(EQ)为6711 mg/L、平均运行能耗(EC)为3805 kW·h;对比其他分步实现的优化控制方法,IOCM具有较好的鲁棒性,能够提高非线性系统的优化控制性能.

基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法

针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱方法(FSM)的物理控制方程约束,时空数据在网络模型与频域控制约束耦合下实现无标签数据加速训练,完成系统演化学习。最后在Burgers系统上进行湍流预测验证,实验结果表明该方法可在物理规则约束下实现无标签非线性复杂建模,对比主流PINN模型及其变体,具有更快的学习速度与预测准确率。在t≤0.25 s、t≤0.5 s短时预测情况下,经前期20次训练后系统预测均方误差(MSE)相比主流基准模型同期预测,MSE降低了86%与95%,在t≤2 s长时预测情况下,经充分训练后系统预测MSE能降低80%。

“复杂系统控制与决策”课程的递进滚动式教学方法探索与实践

不同课程要有对应的教学方法,针对“复杂系统控制与决策”博士生课程知识跨度大、内容新且缺少成熟教材的实际情况,课程组采取了精讲经典内容、研读重要文献、研讨主要观点、实践实用方法及邀请专家授课等灵活的教学形式,采取“全程聚焦、滚动深化和分段推进”等可行的具体措施,提出并实践了递进滚动教学法,取得了很好的教学效果。

一种基于非线性扰动观测器的飞轮储能系统优化充电控制策略

飞轮储能系统的工作模式要求在最短的时间内对飞轮进行可靠地充电。该文在分析传统充电控制策略的基础上,结合飞轮储能系统的工作特性,提出了一种基于非线性扰动观测器的优化充电控制策略。外环采用转速控制和能量控制相结合的方式,转速环实现恒转矩控制,能量环实现恒功率控制;引入过渡控制环节实现恒转矩控制和恒功率控制的切换;利用非线性扰动观测器估计电机损耗功率和负载功率并进行前馈补偿;基于控制系统稳态、动态和抗扰动性能的要求,给出一种控制器参数设计方法。与传统控制策略相比,所提充电控制策略恒功率控制灵活,恒转矩控制至恒功率控制切换平滑,且有效抑制了电机损耗功率和负载功率的影响,满足了飞轮储能系统的工作特性要求。最后,仿真和实验结果验证了所提策略的可行性和实用性。

复杂地下洞室群施工通风控制系统优化研究

本文主要研究了复杂地下洞室群施工通风控制系统的优化设计。首先介绍了复杂地下洞室群施工通风系统的构成,包括通风网络、风机设备、通风管道、通风构筑物和通风控制装置。接着介绍了通风系统优化设计的原则和方法,包括安全、可靠性和经济性原则。最后提出了复杂地下洞室群施工通风控制系统的优化方案,包括通风系统设计优化、通风设备配置优化和通风控制系统操作流程优化。通过科学的环境模拟和数据分析,选择合适的材料和设备,以确保通风系统能够满足施工现场的实际需求,并通过简化操作步骤、引入自动化和智能化技术提高系统效率,保障施工通风系统的安全稳定运行。

基于全局敏感性分析和动态代理模型的复杂非线性系统优化设计方法

针对复杂非线性系统多参数优化设计不仅计算工作量大,而且难以获得理论上最优解的问题,提出将全局敏感性分析和动态代理模型技术相结合的多参数多目标优化策略。通过基于方差的Sobol全局敏感性分析精简系统模型,确定敏感参数,并构造基于敏感参数的多目标代理模型,采用NSGA-II遗传优化算法得到当代最优解。优化过程中,代理模型和搜索空间不断更新,最优解附近的精度不断提高,直到满足优化迭代的收敛准则。将本方法应用于某汽车乘员约束系统的概念优化设计中,乘员的头部损伤指标(Head injury criterion,HIC)、胸部3 ms伤害指标C3ms和胸部压缩量D分别降低了11.3%、11.8%和9.4%,优化结果和最优解附近的精度都优于静态代理模型与NSGA-II遗传优化算法,取得明显的优化效果,证明了研究方法的有效性。

基于遗传算法的非线性控制系统参数优化方法

本文针对非线性控制系统参数优化问题 ,结合非线性控制系统理论、最优化理论及遗传算法 ,提出了一种新的仿真优化方法。该方法利用遗传算法来求解非线性控制系统参数优化问题。由于遗传算法是在解空间的多个区域内进行搜索 ,能以较大的概率跳出局部最优 ,因此可找到整体最优解。仿真结果表明 ,该方法是一种有效的非线性控制系统参数优化方法。

优化设计非线性系统PID控制器的方法

对于非线性系统 ,提出了利用MATLAB优化控制箱 (即NCDBlockset)优化设计PID控制器的先进方法 .介绍了该控制箱的主要特点 ,给出了约束条件下的优化算法 ,并结合具体实例提供了优化设计过程和步骤 ,最后进行了鲁棒性仿真实验 .使用该优化设计方法 ,不仅使非线性系统满足性能指标要求 ,具有良好的控制特性 。

DC/DC电力变换系统非线性控制方法研究

概述了DC/DC变换器的结构原理,剖析了DC/DC电力变换系统非线性现象,并在此基础上对该系统运行时的非线性控制方法进行了具体探讨。

基于全驱系统方法的高阶严反馈系统时变输出约束控制

针对输出受不对称时变约束的不确定高阶严反馈系统,提出一种基于全驱系统方法的高阶自适应动态面输出约束控制方法.所研究的高阶严反馈系统,每个子系统都是高阶形式,通过非线性转换函数将原输出约束系统转换为新的无约束系统,从而将原系统输出约束问题转化为新系统输出有界的问题.进一步结合全驱系统方法和自适应动态面控制,直接将每个高阶子系统作为一个整体进行控制器设计,而不需要将其转化为一阶系统形式,有效简化了设计步骤;同时通过引入一系列低通滤波器来获得虚拟控制律的高阶导数,以代替复杂的微分运算.基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统所有信号是一致最终有界的,系统输出在满足约束的条件下能有效跟踪期望的参考信号,且可通过调整参数使得系统跟踪误差收敛到零附近的足够小的邻域内.最后,通过对柔性关节机械臂系统进行仿真,验证了所提出控制方法的有效性.

基于混合整数非线性规划模型的地铁站通风空调水系统节能措施及潜力研究

近年来,随着地铁建设快速发展,地铁通风空调水系统作为地铁建设的重要组成部分,其能耗是地铁车站的主要能耗之一。因此,选择合理的通风空调水系统,采用有效的节能运行策略,是降低地铁环控系统能耗的关键。本文以上海地铁某车站为例,基于冷水机组、水泵、冷却塔等设备的实际运行数据建立了混合整数非线性规划模型,提出了寻求降低地铁车站通风空调水系统整体运行能耗的多设备协同优化策略。模拟分析结果表明,协同优化策略相较于常规变频策略具有显著的节能优势,年节能量可达24%。

制冷站双目标权重自适应非线性预测控制

针对传统制冷站控制系统易产生振荡,且无法实现系统性能整体优化的问题,本文提出一种制冷站非线性预测控制策略,优化目标函数设计为满足建筑冷量需求的同时,尽可能提高系统整体能效.为解决上述两个优化目标之间的矛盾关系,本文采用模糊逻辑设计了优化目标权重自适应模块,实时求取权重因子最优解;针对非线性系统在线优化求解困难问题,本文提出了基于神经网络的非线性滚动优化算法,采用神经网络作为反馈优化控制器,并将系统优化目标函数作为在线寻优性能指标,结合Euler-Lagrange方法和随机梯度下降法对控制器权值和阈值进行在线寻优,算法计算量小,占用存储空间适中,便于采用低成本的现场控制器实现制冷站预测控制.仿真实验结果表明,本文所提出的预测控制策略与PID控制相比,在未加入优化目标函数权重自适应模块情况下,系统平均能效比提高约32.5%;进行优化目标函数权重自适应寻优后,系统平均能效提高约39.43%.

在线优化参数的多变量无模型预测线性自抗扰控制

针对时变参数的多变量线性模型上叠加非线性的系统,采用具有辅助向量的多变量偏格式动态线性化方法逼近该系统,在多变量线性状态观测器中加入辨识的线性模型,提高状态观测精度。在多变量线性跟踪微分器和状态观测器分别引入超前参考输入与输出预测值,使多变量线性自抗扰控制器具有预测控制性能。运用非线性递推最小二乘法在线优化多变量线性自抗扰控制器的参数,给出在线优化参数的多变量无模型预测线性自抗扰控制算法。结果表明:无参数优化时的响应曲线,超调大,调节时间约1 s,无稳偏;有参数优化时的响应曲线,超调较小,调节时间约0.65 s,无稳偏,控制算法的响应优良。

混合可再生能源微电网的集成功率管理和非线性控制

针对可再生能源发电的不确定性和间歇性问题,提出集成功率管理和非线性控制的策略,设计了一种混合光伏/风电/储能电池的微电网系统。该策略采用最大功率点跟踪算法,以最大限度地从每种可再生能源中提取能量。同时,设计了一种滑模控制技术,以提高系统的稳健性并确保有效的能源管理,不受系统扰动、负载波动、辐射和风速变化的影响。该优化框架在交流微电网系统上进行了测试和验证,证明了其有效性。仿真结果表明,该系统能够有效地管理功率流,并保持恒定的直流母线电压和负载电压水平,确保了系统的平稳运行。

非线性控制和优化系统中的浑沌运动

从非线性动态系统的定性理论出发，研究非线性控制和优化系统中的浑沌运动。首先从拓扑的观点严格定义了浑炖，研究了一类特殊的圆周映射，讨论了Ｌｙｓｐｕｎｏｖ指数及其在浑沌诊断中的应用。然后分别研究了离散采样、反馈延迟及系统优化诱发浑沌的可能性及机理，并据此导出一些有意义的结论。

非线性控制系统的近似化方法

介绍了目前几种较常用的非线性控制系统近似化方法包括伪线性化方法、扩展线性化方法、近似输入 输出线性化、近似反馈线性化、中心流形及平均法等 。

基于逆系统方法的非线性内模控制

针对一类非线性连续系统 ,利用小波网络逼近原系统的α阶积分逆系统 ,针对复合后的伪线性系统提出了基于逆系统方法的内模控制 ,证明了闭环系统的鲁棒稳定性 ,分析了系统性能 .仿真结果表明所提的方法控制性能好 ,精度高 。

非线性系统控制的逆系统方法(I)——单变量控制理论

介绍非线性系统控制的逆系统方法及相应的单变量非线性系统的控制理论。包括:逆系统方法的基本概念和设计原理,单变量系统α阶积分逆的设计方法,连续单变量系统的控制,逆系统方法在一类分布参数系统和离散时间系统上的推广示例。

基于OGY方法的间隙非线性齿轮系统混沌控制

针对单级间隙非线性齿轮系统在部分参数区域发生的混沌运动,运用OGY(Ott-Grebogi-Yorke)控制原理以两种途径实现了混沌吸引子内部不稳定周期轨道的稳定化。考虑到经典OGY方法只适用于离散动力系统的局限性,根据系统运动方程及其变分形式,指出了将OGY控制算法直接应用于周期性连续时间系统的方法和步骤;对于系统方程未知的情形,根据系统轨线频闪数据时间序列,从中提取不稳定周期轨道及计算参数扰动所需的信息,实现了混沌控制。通过数值模拟比较了采用这两种途径的控制效果。

应用逆系统方法求解电力系统的非线性控制律

微分几何方法有效地解决了一系列的电力系统非线性控制问题，但因需要确定非线性变换，故必求解微分方程组，所以其求解控制律的过程比较繁琐。本文提出：由于电力系统数学模型形式的特殊性，非线性变换可直接确定，而无须求解微分方程组。另一方面，逆系统方法和微分几何方法本质是等价的，而逆系统方法的物理意义直观，不局限于仿射型系统，使用时仅需求导运算和代数运算，其求解控制律过程比较简捷，便于工程应用。作者以电力系统的汽门非线性控制为例，证明两种方法所得控制律是相同的。本文的结论可简化汽门控制，励磁控制，换流站控制，无功补偿器控制等问题的求解过程，亦适用于其它领域中类似的非线性控制问题。