离散时间平均场随机系统的滚动时域控制

研究了一类离散时间平均场随机时变系统的滚动时域控制(RHC)镇定问题。定义一个新的条件期望型的性能指标;通过利用随机极值原理,得到RHC控制器。基于最优性能指标的单调非增性,得到了使平均场随机系统在RHC控制器下均方镇定的条件,即当2个耦合的Lyapunov型不等式被满足时,由RHC策略控制的系统是均方镇定的。通过数值算例得到在RHC控制器下,其状态轨迹满足渐近均方镇定的条件,即平均场随机系统是渐近均方镇定的,验证了该结论的有效性。

基于滚动时域控制的轨道交通车站单站限流策略研究

针对部分高负载节点车站存在站台拥挤的问题,建立数学模型优化乘客的平均等待时间,制定相应限流策略。以乘客在车站各处的等待时间最小为优化目标,进站口单位时间的限流人数作为决策变量,通过乘客在车站中不同位置的行为特征,制定站台容量、列车容量、限流区域3个约束条件,同时设计了基于滚动时域控制的算法进行模拟计算。结果表明,该算法较于一般的限流策略,在超限次数和超限人数上都有较大优势,能够在保证站台安全性的前提下,在繁忙时期有效减少超限次数,站台超限人数降低9%,并将乘客出行的总延误时间降低11%。该研究可为城市轨道交通限流提供有效参考。

基于滚动时域控制的多路径进场航班排序优化

进场航班排序优化是提高进场航班着落效率、减少航班延误的有效方法。基于此,以最大化着落效率为目标,结合多跑道、多航路选择,考虑实际航路点限制,提出了多路径多跑道一体化进场航班排序优化混合整数规划模型。为解决大规模航班排序计算的实时性问题,提出了多航路点滚动时域控制算法。以广州白云国际机场终端区为实例进行验证,采用实际进场航班数据开展计算实验,在尾流安全间隔上,采用RECAT-CN运行标准,计算结果表明:小规模航班架次时(23架),所提模型最大降落时间比先到先服务方法提前55 s,比未优化时提前271 s;大规模航班架次时(104架),仅靠求解器在3600 s内未找到可行解,所提算法在128.65 s找到解。所提模型和算法有效,可应用于实际航班排序优化。

基于滚动时域控制的无人机机动博弈决策

针对无人机机动决策计算复杂等问题,研究基于滚动时域控制的无人机机动博弈决策算法。分割无人机空战时间域,将机动决策问题转化成滚动时域控制下的最优控制序列求解问题;确定无人机系统的状态方程,选取机动过程中的控制变量;建立空战机动决策指标函数,计算敌我双方无人机的态势优势值,获得敌我双方无人机机动态势博弈矩阵,求解双方机动博弈决策的纳什均衡解,实现无人机机动博弈决策,并通过仿真实例验证所建模型的可行性和有效性。

计及配电网三相模型的电动汽车充电滚动时域控制

针对电动汽车实时充电具有随机性强、受配电网多种安全约束限制的特点,该文计及配电网的三相网络结构,建立了电动汽车充电控制的最优化模型;同时,基于滚动时域控制理论,提出了一种高效的电动汽车实时调度方法。该方法结合电动汽车的充电特点,通过调度对象筛选、变时域滚动、局部滚动和事件驱动,实现优化效果和计算效率的平衡。爱尔兰-11、IEEE-33和IEEE-119这3个配电网系统的仿真计算表明,所提优化模型可有效地控制安全约束;改进的滚动时域控制方法计算效率高,优化效果好,对负荷和电价等曲线具有很好的跟踪性能。

基于滚动时域控制的战斗机空战机动决策

采用滚动时域控制(Receding Horizon Control,RHC)方法对空战机动决策进行建模研究。首先,基于空战态势和战斗机作战能力给出探测优势和攻击优势的集合描述,并建立定量评估函数,得到机动决策的目标集;其次,综合考虑战斗机的战术优势、机动时间和控制损耗构建了决策指标函数;然后,基于直接多重打靶法给出其数值求解方法。仿真结果表明:基于RHC的机动决策方法能够在规避目标威胁的情况下,有效地达成攻击条件。

大型聚丙烯生产装置牌号切换滚动时域控制

基于滚动时域优化控制策略,提出了一种大型双环管聚丙烯生产过程最优牌号切换控制方法。首先结合机理分析,以Hammerstein模型描述聚丙烯牌号切换过程中质量指标动态特性;其次,根据牌号切换的性能指标,滚动优化计算每个时刻各反应器中聚合温度、氢气与丙烯浓度比、共聚单体乙烯与丙烯浓度比等操作变量。进一步结合双层控制结构和状态观测器设计,实现聚丙烯产品牌号切换的滚动优化闭环控制,并预测聚合物产品各质量指标的动态轨迹。最后,通过给出多个牌号切换实例仿真验证本文结果的有效性和实用性。

航天器Halo轨道间转移的滚动时域控制

针对航天器在日/地系统共线平动点附近Halo轨道族之间的轨道转移问题,提出了一种在线实时求解滚动时域控制的新方法。首先采用高效的辛自适应非线性最优控制数值算法,离线规划出航天器在不同Halo轨道之间转移的最优轨迹和最优控制输入。然后提出一种在线实时求解滚动时域控制的新方法,基于已规划好的最优转移轨迹,应用滚动时域控制方法完成航天器在初始入轨偏差下的在线实时制导控制任务。最后的非线性动力学系统数值仿真结果表明:所提出的求解滚动时域控制的方法具有高效率特点,能够在线实时求解航天器在Halo轨道之间转移的制导控制问题,并很快消除初始入轨误差的影响。

基于滚动时域控制的寻的导弹末制导律研究

针对近距机动目标的拦截 ,设计了基于滚动时域控制的寻的导弹末制导律。本导引律在最优导引律 (OPG)研究成果基础上 ,采用滚动时域控制技术 ,将追踪过程分为若干有限时域的追踪 ,并在每个时域内 ,将追踪过程视为初始条件不断更新的非机动追踪模型 ,进行最优追踪制导 ,反复进行直到截获目标。它无需知道目标的未来运动轨迹 ,能有效追踪拦截机动目标 ,克服了 OPG要求完全知道目标未来运动轨迹的应用条件限制 ,并且简化了计算。仿真研究表明 ,该导引律性能优于 TPN,APN,接近 OPG。该导引律算法简单、有效 ,切合实际 ,可为工程应用提供参考。

活套关联系统建模及滚动时域控制

本文分析了热连轧活套系统下游机架轧制速度对活套张力系统的影响和热连轧多机架协同工作的特性,建立了活套关联系统模型;基于分散控制思想,为每个活套系统单独设计控制器.对于每一个活套子系统,活套高度和张力是强耦合系统,本文采用一类基于滚动时域优化原理的多路控制策略,在每个周期内顺序求解活套高度和张力子系统的控制律后及时更新系统,从H∞观点出发,将解耦问题转化为干扰抑制和多目标优化问题.仿真结果证实了该方法具有良好的解耦效果和控制特性.

一类非线性时滞系统的滚动时域控制

对于输入受约束的一类非线性时滞系统,基于时滞系统的CLXF(ControlLyapunov-KrasovskyFunc-tion)和CLRF(ControlLyapunov-BazumikinFunction),分别设计了两类滚动时域控制器.首先采用双模控制结构,将CLRF作为终端约束集,扩大了终端约束区域,避免了非线性系统雅可比线性化,从而减少了在线计算量.其次将CLKF作为预测控制的终端代价,设计特定的目标函数,给出了闭环系统稳定的充分条件.最后通过仿真验证了该方法的有效性.

凸优化理论在非线性滚动时域控制中的应用

滚动时域控制是一种考虑整个固定时域范围的控制方法,对于每次由优化算法得到的最优控制序列,仅取序列中的第一个元素作为当前此时刻的控制率。滚动时域控制是一种基于模型、滚动优化并结合反馈校正的优化控制算法。在由控制自由变量的非线性函数组成的非线性优化问题中,该控制自由变量的求取可采用凸优化理论中的相关算法来获取,进而采用滚动时域的思想来重新组合控制变量,以得到最优的控制变量。对于非线性系统中滚动时域控制所得到的最优化问题,分析非线性系统的滚动时域控制是否存在最优解,利用凸优化理论中的基本知识分别推导出此最优化问题在无和有集合约束条件下存在最优解的充要条件,并将此充要条件与经典优化理论中现有的最优条件进行对比,得出该充要条件的优势,最后将凸优化理论在无人机航迹规划算例中进行仿真验证。

终端约束滚动时域控制的次优性分析

讨论了有终端约束的滚动时域控制相对于传统最优控制的次优性问题 .首先考虑一般形式的非线性系统 ,通过分析有限时域滚动优化的特点 ,得到了滚动时域控制次优性的上界 ;然后将结果进一步应用于线性系统 ,得到一个量化的评价指标 .

无人机编队的滚动时域控制

滚动时域控制(RHC)具有状态约束和输入约束处理、综合多控制目标、适应条件变化等特点,在编队控制领域渐受关注。无人机编队控制涉及队形描述、气动耦合、位置关系描述、控制算法等问题,针对目前应用范围较广的长机-僚机描述的松散编队控制,提出基于二次规划描述的RHC编队控制方法,设计了基于标准RHC的编队控制器。在此基础上,结合不变集理论设计了双模RHC编队控制器,分析了其应用局限性及对控制器参数设计的指导意义。仿真实验验证了控制律的有效性,并分析了控制器参数对闭环性能的影响。

未知导引律下基于滚动时域控制的规避优化方法

合适的机动规避对于飞机的生存力有着至关重要的影响,在来袭导弹导引律未知的情况下,准确地判断导弹导引律可以更好地进行飞机的机动决策。为此,提出一种方法对导引律未知情况下的规避进行模拟。通过贝叶斯推理得出导引律的概率区间,利用滚动时域控制的方法得到飞机的实时控制量,最终达到规避导弹的目的。

基于前向道路信息的拖车倒车系统滚动时域控制(英文)

针对离轴联接形式的拖车倒车系统,阐述了其混合逻辑(mixed logical dynamics,MLD)的建模理论和基于滚动时域控制(receding horizon control,RHC)的方法.首先,采用Lyapunov理论分析了拖车倒车系统的运动学特性.接着,采用MLD建模理论来描述拖车倒车系统的运动学模型.针对此MLD运动学模型,提出了一种扩展的二次型代价函数.为了减小拖车的跟踪误差以及平滑牵引车转向角的操控性能,提出将其等效为线性二次型跟踪问题.针对此问题,利用多参数混合整数二次规划(multiparametric mixed-integerquadratic programming,mp-MIQP)技术,设计了一种考虑有限时域前向道路信息的显式RHC控制器.最后,通过仿真对控制器进行验证.结果表明尽管跟踪非平滑的参考路径,控制器均表现出期望的控制效果.

智能汽车非稳态纵向跟车行为滚动时域控制

为提升智能汽车非稳态纵向跟车性能并避免与前车发生碰撞,研究一种针对非稳态跟车行为的滚动时域控制方法。建立考虑动态延迟的自车运动学模型,并以车距误差、车速误差和自车加速度组成的误差向量为状态变量设计自车与前车纵向运动学关系模型。分析智能汽车非稳态跟车过程,并以解析形式给出非稳态跟车的可行性初始条件。基于跟车误差向量构建包含稳态车距、避免碰撞和加速度限值的非稳态跟车行为最优控制问题,并将其推导为包含误差向量初值参数、二次型目标函数、不等式约束和等式约束的二次规划问题,然后通过一系列有限时域内带约束的滚动优化问题得到非稳态跟车行为状态反馈控制律。结果表明,所设计的非稳态跟车控制方法能够有效控制自车速度和加速度,快速收敛至指定车距实现稳态跟车。

MIS中的时域控制模型

本文设计了一种简洁通用的时域控制模型,给出了该模型的设计思想、数据结构和实现方法,使MIS开发中许多与时间相关的重要问题迎刃而解。

基于滚动时域控制的再入轨迹跟踪制导律

为了提高再入制导的实时性和鲁棒性,设计一种标准轨迹跟踪制导方法。首先将参考轨迹的跟踪问题转化为轨迹状态调节问题,进一步转化为一个线性时变系统的最优控制问题;然后采用滚动时域控制结合基于间接Legendre伪谱法的最优反馈控制算法设计出一种易于在线实现的制导律。基于上述工作完成了亚轨道飞行器(suborbital reusable launch vehicle,SRLV)返回制导过程的3自由度数值仿真研究工作。数值算例说明,该制导方法在初始点状态存在较大范围偏差和气动参数存在较大误差的情况下具有良好的鲁棒性。

线性时序逻辑约束下的滚动时域控制路径规划

针对有限确定性系统中的路径规划问题,本文提出了一种线性时序逻辑约束下的在线实时求解滚动时域控制的新方法。该方法将滚动时域控制方法和满足线性时序逻辑公式的策略相结合,控制目标是在满足高级别任务规范的同时,使收集的累积回报值最大化。其中,在有限时域内的每个时间步长上局部优化回报值,并应用当前时刻计算获得的最优控制序列。通过执行适当的约束,保证控制器产生的无限轨迹满足期望的时序逻辑公式。而且,由于地势影响因子的引入,所建议的方案更接近于真实情况。仿真实验结果验证了文中提出方法的可行性和有效性。