基于粒子群算法和控制参数化的多无人机编队重构控制方法

针对多无人机(UAV)编队重构最优控制问题,提出一种基于粒子群算法(PSO)和控制参数化的方法。综合考虑无人机飞行动力学模型和编队重构的终端状态等式约束、安全防撞距离与通信保障距离的连续状态不等式约束。使用一种改进的粒子群算法求出该编队重构问题的最优控制输入;利用控制参数化方法将编队重构问题转化为一个最优参数选择问题,同时应用约束转录方法结合局部光滑技术处理连续状态不等式约束,并在改进粒子群算法获得的最优解下寻找更加精确的最优解。通过对比仿真,验证了所提重构方法的有效性。

基于控制参数化方法的列车节能操纵优化研究

以列车运行全过程牵引能耗最小为目标,综合考虑定时、变坡道、线路限速、牵引力和制动力限制以及驾驶舒适度等约束条件,建立列车节能操纵最优控制模型。基于控制参数化方法,将列车节能操纵最优控制问题转化为以线路子分段上的列车控制力为优化参数的非线性规划问题。为克服常规方法不能有效处理阶梯状线路限速的不足,提出一种离散化方法,使无限维状态约束简化为有限维不等式约束。针对牵引力上边界约束随速度非光滑变化的特点,利用二次函数对列车牵引特性曲线进行光滑化近似,进而将上边界约束转化为不等式约束,最终得到的非线性规划问题可由序列二次规划算法求解。仿真结果表明:该算法能够在精确满足所有约束的前提下,有效获取列车节能最优操纵序列及相应的参考速度曲线。

基于控制参数化的注塑工业过程最优反馈控制方法

本文针对一类典型的注塑工业过程系统,研究了注塑填充过程中产生的熔体流动速度最优跟踪控制问题,提出了一种基于控制参数化的计算最优反馈控制器设计方法以实现注塑过程中熔融聚合物流动前沿位移的最优跟踪控制,进而达到改善注塑零件性能的高效生产目标.首先,面向注塑工艺复杂生产过程建立了动态过程系统数学模型,提出了注塑机内部熔融聚合物流动前沿位置的动态最优跟踪控制问题;其次,设计了一种多级反馈控制律,通过控制参数化方法将控制反馈核进行了参数化表示,将控制器设计问题转化为一序列最优参数决策问题;然后,通过状态灵敏度方程分析方法,求解出了目标函数及约束条件关于决策变量参数梯度信息的显式表达式,并基于所提供的梯度信息结合序列二次规划算法进行了高效优化迭代求解;最后,通过实验仿真验证了本文所提出的最优反馈控制器设计方法的可行性和有效性.

一种基于控制参数化方法的柔性关节机械臂的最优PID参数整定方法

提出了一种基于控制参数化方法的柔性关节机械臂的最优PID参数整定方法.首先,将柔性机械臂的性能指标建模为连续状态不等式约束.然后,将柔性关节机械臂的最优PID参数整定问题转化为含连续状态不等式约束的最优参数选择问题.应用约束转录法结合局部平滑法来处理连续状态不等式约束,从而将含连续状态不等式约束的最优参数选择问题转化为一个标准的可以优化软件包求解的非线性规划问题.最后,通过数值仿真验证了本文提出的方法的有效性.

基于控制参数化的切换系统最优控制方法研究

针对一类特殊的混杂系统——切换系统的最优控制问题,利用控制函数参数化方法和时间尺度转化法,将切换系统最优控制问题转化为最优参数选择问题,可利用Miser 3.2来求解该问题,这样能有效地简化求解切换系统最优控制的难度,而且算法易于理解,编程易于实现。

多时滞线性系统的控制参数优化方法

采用控制参数化方法研究具有连续状态不等式约束和多重状态及控制时滞的线性系统优化控制问题.通过把时滞系统动态模型中的控制量表示成关于时间的分段常数函数,把每个控制参数看作决策变量,将多时滞系统的控制问题转化为数学规划问题.推导出在连续状态不等式约束条件下的目标函数和约束函数对于待求参数的梯度公式,并用序列二次规划算法求出其最优控制量.最后,将该优化算法应用于湿法炼锌净化过程中.仿真结果表明,锌粉的添加量可以有效地减少,从而避免了资源的浪费.

受控系统带积分项的最优控制问题的控制参数化方法

针对一类受控微分系统带积分项的最优控制问题,提出了一种控制参数化计算方法.将时间区间分成许多的小区间,在每一个小区间内,控制向量用一个逐段连续的常函数来逼近,最优控制问题相应地用一系列最优参数选择问题来逼近,而每个逼近问题可用有效的最优化方法求解.证明了算法的一系列收敛性结果,表明设计的算法是收敛的和有效的.

航天器姿态控制的区间参数化方法

考虑一类航天器姿态最优控制问题,通过控制参数化的方法和约束转录的方法,将航天器姿态最优控制问题转化为最优参数选择问题.提出一种新的区间时间变换方法用于解决最优参数选择问题的切换时间点的计算问题.将时间切换点按顺序分为一系列子集,将每个集合的所在的时域宽度作为决策变量进行优化,每个子集内的切换时间点将会随着此决策变量线性变化.由此,控制值将分布在数个稠密或稀疏的区间内,而不是由均分的分段常值函数表示.相比于全时间节点优化技术,此方法有效的降低了需要计算的决策变量的数量,增加了算法的执行效率.

烟支质量参数化控制研究

为保证卷制质量的稳定,运用均匀试验设计方法对卷接机组的参数进行优化设计,研究结果表明:针辊回丝量、VE吸丝负压与烟支质量呈负相关,其中针辊回丝量对试验结果影响较大。采用38%的针辊回丝量、-90bar的VE吸丝压力,烟支质量标准偏差稳定控制在0.023g以内。

湿法炼锌沉铁过程氧化速率优化控制

湿法炼锌沉铁过程针铁矿沉淀形成的条件要求苛刻,亚铁离子的氧化速率必须控制在合理的范围内才能保证溶液中的铁离子以针铁矿形式除去.本文在沉铁过程动态模型的基础上,根据针铁矿沉淀形成的条件和结合流程工艺要求,优化设定每个反应器出口的亚铁离子浓度,进而建立针铁矿法沉铁过程氧化速率优化控制模型.采用控制参数化方法将最优控制求解问题转化为非线性规划,通过状态转移优化算法求取最优的氧气和氧化锌控制率,以合理控制沉铁过程亚铁离子的氧化速率.仿真结果表明,优化控制模型计算所得的控制量不仅可以保证反应过程的氧化速率符合生成针铁矿沉淀的条件,而且可以稳定生产流程.

基于控制周期计算的锌液净化除铜过程优化控制

净化除铜过程是锌直接浸出冶炼工艺中硫酸锌溶液净化的第1个步骤,其效果直接影响着后续工序的正常进行以及最终锌产品的质量.本文针对除铜过程中控制周期与锌粉添加量不确定性,造成出口铜离子浓度波动大及锌粉浪费等问题,研究基于控制周期的除铜过程锌粉添加优化控制方法.首先通过分析反应器中氧化还原电位(oxidation-reduction-potential,ORP)与锌粉的时序变化关系计算除铜过程反应响应时间,然后分析响应时间的统计特性,从而确定锌粉控制周期.在确定控制周期的基础上,采用基于控制周期的固定节点控制参数化方法,从而将最优控制求解问题转化为非线性规划问题.最后,采用状态转移算法对该非线性规划问题进行求解.采集工业现场数据进行实验证明了该优化控制方法的有效性,为类似的净化过程的优化控制提供了新思路.

面向注塑工艺过程中的注射速度最优操纵混合优化控制方法

在注塑工艺过程中,注射速度控制是其重要环节之一,实现注射速度的快速可靠优化控制对于注塑产品的高效生产具有重要意义。该文针对一类典型的注塑装备中的伺服电机驱动恒泵液压系统,研究了注塑机工作过程中的注射速度最优跟踪控制问题,提出一种高效的基于控制参数化与粒子群优化相结合的混合智能优化控制方法,分别设计实现了开环最优控制器和状态反馈最优控制器,将控制器设计问题转化为一序列最优参数选择问题,实现了在给定时间内对所期望的注射速度跟踪控制的高效求解。最后通过实验仿真结果验证了所提出的混合优化控制算法对于求解注塑工艺过程中注射速度的动态优化问题的可行性和有效性。

一类多参数不确定切换系统的分布鲁棒最优控制

分布鲁棒优化结合了传统随机规划和鲁棒优化的优点,成为了近些年来解决含有不确定信息的优化问题的研究热点。结合分布鲁棒优化的特点,本文考虑了不确定参数的分布是未知,但一阶矩和二阶矩已知的切换系统分布鲁棒最优控制问题。该问题本质上是一个极小极大最优控制问题。本文利用控制参数化将原问题近似为有限维的参量最优控制问题,并将内层问题和外层问题分别求解。内层用非线性规划方法进行求解,外层则通过构造竞争粒子群算法进行求解。并以一类微生物批式流加发酵分布鲁棒最优控制问题作为实例验证了算法的有效性。

一类典型的无时滞神经网络通过优化控制实现有限时间混合外同步

考虑到控制成本是控制领域中一个非常重要的因素,研究了一个典型的无时滞神经网络通过优化控制达到有限时间混合外同步问题.首先就建立这个问题的优化控制问题,对控制进行优化,是系统达到最低控制成本的有限时间同步,应用控制参数化方法解决优化控制问题.一个数值例子有效的验证所提出方法.

工业机器人运动轨迹规划的最优控制

针对工业机器人的轨迹规划问题,为降低末端执行器的位置误差,以工业机器人末端执行器的位置误差为性能指标,以工业机器人的关节角度为控制向量,构建一个含有控制的最优控制模型.对于该问题的求解,应用控制参数法,将该最优控制问题等价为参数优化问题;构造序列二次规划(SQP)优化算法求解相应的近似优化问题.通过该算法,得到了工业机器人位置的计算值,与实验值相比误差较小,证明了该算法的有效性.

最优控制问题的直接法综述

最优控制是控制理论的一个重要分支,其目标是确定一种控制策略,在满足动态系统和约束条件的前提下,最优化系统性能指标。最优控制在工程、经济学、金融学、机器人技术、航空航天等各个领域都有着广泛的应用。直接法是解决最优控制问题的一类常用方法,该方法通过直接离散化控制和状态函数,从而将连续的最优控制问题转化为有限维优化问题。当前,直接法主要包括直接配点法和控制参数化方法。直接配点法利用特定函数形式同时近似状态和控制函数,控制参数化方法则使用基函数的线性组合来近似控制函数,从而使控制空间离散化。两种方法的目的均为将连续的最优控制问题转化为有限维的非线性规划问题,进而选择合适的优化算法求解。得益于其灵活性和处理约束的能力,近年来直接法成为实际应用中需要实时控制的重要方法。本文主要介绍直接法的相关成果与最新进展供读者参考,并讨论直接法的研究趋势和潜在研究方向。

紧急控制下最优切机切负荷方案的快速算法

提出了一种紧急控制下基于快速时域仿真的最优切机切负荷算法,包括快速时域仿真和最优切机切负荷2部分,以形成紧急控制策略表。最优切机切负荷问题实质上属于最优控制问题,又因切机和切负荷控制变量是常量,从而可方便地利用控制参数进行求解。充分考虑梯度的物理意义和切机切负荷的离散特性,提出了"微步离散法",并从稳定判据、积分步长和微步系数对该算法做进一步的改进。通过新英格兰39节点算例验证了所提方法具有快速、准确、实用和无收敛性问题等特点。

一类离散时间最优控制问题的一阶最优性条件

本文对一类离散时间的控制问题,提出了存在唯一解的Lipschitz条件,并进一步地,引进控制参数化方法定义控制变量转化函数,将最优控制问题等价转化为非线性可微规划问题,得到了此类最优控制问题的一阶最优性条件。最后,给出两个算例用以验证如上提出的一阶最优性条件。

优化锌粉的加入方式降低锌粉消耗

近年来,我国对镓、锗、锡等稀散有价金属的需求越来越高,但高品位矿的稀缺导致金属冶炼行业的原料质量降低,故而近年来多采用锌湿法冶炼工业在金属杂矿、混合矿中冶炼有价金属。但在工艺实施的过程中发现,在净化工艺流程中锌粉的单耗量越来越高,这也就说明企业的生产成本大幅度增加,因此,企业需要对降低锌粉单耗量的方法进行深入研究。基于此,本文主要研究的是通过优化锌粉的加入方式降低锌粉消耗,希望对相关人员有所启示。

时滞系统终端时间参数优化控制

针对时滞系统终端时间优化控制问题,提出一种基于参数化的数值求解方法.首先将优化控制向量用分段常数函数来近似;然后引入时间转换方法将未知切换时间点和未知终端时间映射到新时间域的固定时间点上,从而将原未知时域的时间最优控制问题近似为固定时域的非线性规划问题;最后采用全联通粒子群算法求解.资源再生系统优化控制问题的仿真结果表明所提方法是有效的.