混杂生产系统变时域滚动优化生产控制

为降低求解生产优化控制策略的复杂性,提出了递阶变时域滚动优化生产控制策略.通过对考虑切换费用及随机故障情况的混杂生产系统模型分析,把原始命题简化为有限时域下随机动态规划问题,并给出了求解该动态规划问题的Bellman方程.利用准时制思想,在期望意义下把求解多维随机最优生产控制问题递阶为求解确定系统的最优生产控制子问题,并通过在一维方向上的变时域滚动优化来逼近原始命题最优解.仿真结果表明,该策略快速有效,避免了直接求解偏微分方程带来的困难,使得基于该策略的算法可行,提高了控制的精确性和实时性.

基于微粒群优化算法的人造板生产批量时域滚动计划

【目的】生产批量计划是企业制定主令生产计划和物料需求计划的依据,生产批量计划的优化也是企业节约成本和原料的关键所在。目前人造板企业都采用批量生产模式,并且依据事先设定的生产计划确定各个阶段的生产任务,但随着市场竞争的日益激励和个性化需求的提高,每个阶段的实际生产任务通常需要根据市场需求及时调整。为此,针对人造板生产批量计划问题,提出基于微粒群优化算法(PSO)的时域滚动计划。【方法】首先,根据人造板批量生产特点,制定决策变量和约束条件,建立生产批量计划的混合整数决策模型。然后依据决策模型的约束条件,采用降维搜索的方式,提出改进的微粒群求解算法。最后,采用时域滚动计划进行模拟仿真。【结果】仿真结果表明:对于年产10万m3的刨花板生产线而言,以3个月作为一个滚动计划单元,在12个月的生产批量计划中,采用改进PSO算法获得的生产批量计划可以节约1.8%的成本,有生产能力约束时可以节约近0.9%的成本。【结论】对于人造板批量生产模式,时域滚动计划能够使得生产计划动态满足市场需求,同时时域滚动计划模型是一类非确定性(NP)困难问题,智能群集优化算法为此类问题的求解提供了较好的解决途径。未来的研究可以关注生产批量计划问题数学模型的完善以及智能优化算法设计方面。

基于差异化需求响应模型预测控制的微网时域滚动优化调度

为充分利用需求响应资源并提升微网优化调度的可靠性,首先提出以日综合运行成本最低为目标构建计及差异化价格型需求响应的日前优化调度模型,并以此为基础,进一步将差异化需求响应机制与模型预测控制方法相结合,以滚动时域综合运行成本最低为目标构建基于日内时域滚动优化调度模型;鉴于上述微网时域滚动优化调度为复杂的动态优化问题,提出了一种时域滚动复合微分进化算法对模型进行高效快速地求解。微网算例应用结果验证了所提方法的有效性和优越性。

基于滚动时域控制的飞机维修路径恢复策略

在航司日常运营过程中,经常面临不正常航班导致的飞机维修路径恢复问题,传统的研究往往只考虑航班的延误成本或者取消成本,忽略了对原有维修路径计划造成扰动的影响。面向最常见的临时检修引发的航班不正常情况,基于飞机短期维修计划,以最大化飞机在定检前的累计飞行小时数以及最小化航班扰动次数为目标函数,考虑航班覆盖约束、飞行任务衔接约束、飞机定检等约束,对飞机维修路径恢复问题进行建模。同时,提出一种针对性的滚动时域控制算法对模型进行求解。通过实例分析证明,所提策略及算法能够在短时间内有效完成飞机维修路径恢复,为航司调度提供指导。

机场地面服务资源滚动时域调度方法

为了应对航班随机到达对机场地面服务资源调度的影响,针对问题的特点设计了一种滚动时域调度方法(rolling horizon scheduling method,RHSM)。先按时间轴将原问题分解为一系列子问题,再以最小化航班延误总成本和同类资源负荷均衡为目标,构建项目-资源分级调度的数学模型,对每轮滚动时域内的子问题进行调度,最后由各个子问题的解构成原问题的近似解。这样就把复杂问题分解为若干小问题逐个求解,保证了资源调度的实时性。以广州白云国际机场某天3个不同规模的数据:01:00-02:00、15:00-16:00及13:00-21:00,验证该方法的性能。实验结果表明,RHSM能够应对航班到达时间的随机性,并且相较于时间窗解耦调度方法,在01:00-02:00小规模数据中,当求解总时长相同时,选择合适参数的RHSM可降低36.79%航班延误总成本;在15:00-16:00和13:00-21:00的中、大规模数据中,RHSM具有较快的求解速度和较小的计算机内存空间。因此所提方法是具有可行性的,有助于机场地面服务提质增效。

基于滚动时域估计的高超声速飞行器轨迹跟踪

针对高超声速飞行器高精度轨迹跟踪问题,提出一种将滚动时域估计与交互式多模型算法相结合的强机动目标轨迹跟踪算法。给出了半速度系下的高超声速飞行器滑翔段运动模型及量测模型。利用滚动时域估计方法将状态估计问题转化为有约束的优化问题,并充分考虑飞行器滑翔段物理约束。在此基础上,为应对目标不同机动模式,借助交互式多模型算法思想建立模型集对其进行近似。分别在机动模式不变和机动模式突变的情况下对算法进行了验证。结果表明,新算法采用多个模型并行估计,即时调整模型概率后进行融合输出,能够有效避免目标跟踪模型失配,可显著提高对于高超声速飞行器这类强机动目标的轨迹跟踪精度。

航天器交会型轨道追逃策略的滚动时域优化

针对航天器自由时域交会型轨道追逃过程中的测量误差等不确定性对交会的影响,提出了一种基于滚动时域优化的高时效策略求解方法。根据微分对策理论推导得到博弈鞍点控制策略,并对问题进行等价转换;通过预先离线求解开环鞍点策略,将问题初始状态和相应的解作为样本以进行神经网络训练,训练后的网络结构可以快速得到相应问题的近似解。为了更好地应对博弈环境中的测量噪声,基于神经网络结构设计了滚动时域求解框架,并通过周期性的滚动求解最终实现对逃逸航天器的交会。数值仿真表明,所提出的策略可以有效应对测量噪声不确定性,且相比于文献中已有的策略,计算耗时可从分钟级降至秒级。

基于虚拟协商与滚动时域优化的分布式协同制导策略

针对目标机动条件下的多无人机协同制导问题,提出基于虚拟协商机制与滚动时域优化的分布式协同制导策略。为同时改善时间协调与导引控制效果,在滚动时域优化框架下设计局部协调变量与目标函数,构建有限时域内的多约束协同制导优化模型;为增强制导系统对机动目标的鲁棒性,设计基于非线性自回归神经网络的干扰观测器;针对无人机之间的控制输入耦合,提出虚拟协商机制,提出虚拟协商机制,实现同步决策、排除内部“分歧”,并利用Nesterov动量的均方根传播算法设计制导指令生成策略;分别进行数字仿真与半实物仿真实验。结果表明:所提策略可在线预测与优化,应对各类干扰,提升协同制导效果,并会在实际任务中得到进一步的应用与检验。

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。

基于滚动时域强化学习的汽车发动机功率自适应分配方法研究

汽车发动机功率分配受多种因素的影响,如车速、路况等。这些因素的变化会导致发动机功率需求不断变化,需要及时调整发动机的输出功率以满足车辆行驶需求,因此有必要研究基于滚动时域强化学习的汽车发动机功率自适应分配方法。考虑到制动过程,该文计算汽车制动系统对车轮施加的制动力与指示转矩,分析发动机的动力特性,并将其作为滚动时域强化学习的输入,进而获取速度参考区间,调整发动机目标转速,最终实现功率自适应分配。试验结果表明,所提方法能够满足汽车在行驶过程中的较高频率功率需求,同时发动机也可以获得更高的运行效率。

基于MTPM和DPM的多无人机协同广域目标搜索滚动时域决策

传统的协同搜索决策方法在目标引导和机间协同方面存在不足.研究建立了基于分布概率预测的目标概率图(Target probability map,TPM)初始化方法和基于贝叶斯准则的目标概率图动态更新方法,形成了修正目标概率图(Modified TPM,MTPM)及其运算机理.考虑对任务子区域进行可控回访,定义了数字信息素图(Digital pheromone map,DPM),建立了数字信息素图使用方法及更新机理.设计了基于MTPM和DPM的寻优指标,建立了基于滚动时域控制的协同搜索决策方法(MTPM-DPM-RHC method,MDR).仿真表明:1)MTPM能有效降低对目标的虚警率和漏检率;2)DPM能有效实现对任务区域可控回访;3)MDR方法的遍历能力、重访能力和目标搜索效率均优于已有方法.

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。

基于滚动时域的无人机空战决策专家系统

针对专家系统法在空战应用中存在适应性差的缺陷,提出了一种基于滚动时域控制(RHC)的机动决策算法对空战机动决策专家系统进行改进.首先,系统地分析了在专家系统空战机动决策中的最优控制问题,完成了机动决策最优控制模型系统状态方程的建立、控制约束的设计以及指标函数的建立.在此基础上,根据滚动时域法原理,将整个空战过程分解为若干有限时域,并在每个时域内将空战机动决策问题视为初始条件不断更新的专家系统机动决策最优控制模型的求解,反复进行直到空战结束.仿真结果表明,在专家系统法失效的情况下,通过求解专家系统空战机动决策滚动时域最优控制模型,无人机能够快速地进行有效的机动决策.

车速和路面附着系数的滚动时域估计

基于Dugoff轮胎模型建立了车辆的非线性动力学方程,并给出了路面附着系数的约束条件。针对车速和路面附着系数约束的非线性估计,提出了一种基于滚动优化原理的滚动时域估计法(MHE),并给出了MHE法的具体步骤。在不同路面上对MHE法进行了多种工况的实验验证,并在同样条件下与扩展Kalman滤波法进行了比较。实验结果表明,MHE法的估计性能优于扩展Kalman滤波法。

基于滚动时域的C2组织决策层结构动态适应性优化

针对C2组织决策层结构适应性优化问题,定义了决策层结构与使命的适应性测度,分析了影响C2组织决策层结构的不确定因素,建立了决策层结构适应性优化模型。为了降低决策层结构适应性优化问题求解所面临的不确定性和减少决策层结构变化成本,设计了基于滚动时域的动态适应性优化方法,在提升决策层结构性能的同时控制了决策层结构变化成本。通过计算实验验证了滚动时域方法的有效性。

基于滚动时域估计的飞行器姿态估计及三轴磁强计在线校正

针对飞行器姿态估计以及三轴磁强计在线校正问题,提出了一种实时滚动时域估计算法.首先,为了解决在卡尔曼滤波框架下系统约束不能显式求解的问题,设计了滚动时域估计滤波算法.该算法将飞行器姿态估计问题转化为优化问题,显式求解四元数归一化性质,缩小搜索空间的同时提高了搜索效率和精度.其次,滤波时域窗内应用高斯-牛顿迭代法求解最优状态估计值,满足了实时性要求.最后,在没有增加系统状态维数的情况下,在线求解了三轴磁强计校正参数,保证了磁强计量测值以矢量形式输入系统.仿真结果表明,由于合理地利用了历史信息,该方法精度较高,且对初始误差、系统误差均不敏感,具有一定鲁棒性.

基于滚动时域优化的无人飞行器轨迹规划

给出了寻求无人飞行器的最优轨迹的一种方法,其问题描述为使飞行器从初始状态飞行到目标状态,同时避免撞到障碍物。基于混合整数规划的滚动时域优化方法用来求解飞行器的轨迹规划问题。给出的仿真结果显示此方法的有效性以及在复杂环境下的可实时计算性。

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。

基于滚动时域的整体式自动物料搬运系统避碰调度方法

为有效解决300mm晶圆制造中整体式自动物料搬运系统的高空穿梭车路径冲突问题,提出基于滚动时域的高空穿梭车避碰调度策略。对问题域进行了描述,论证了冲突发生的充要条件,指出了搜索可行候选路径的途径;以任务完成时间最小为优化目标建立数学模型,通过对最短路径依次进行空间和时间冲突侦测,针对预测的碰撞,采用耗时较短的避碰策略,从而确定时域内无冲突路径的调度方案,并在时域内进行基于事件驱动的再调度。仿真实验表明,该算法能有效实现物料搬运中高空穿梭车路径冲突的检测和避碰,提高晶圆制造系统运行的安全性和稳定性。