类分数阶微分系统的能控和能观性

动态微分系统的能控性和能观性是现代控制理论的基本问题,紧密联系着微分系统的极点配置、最优控制和观测器设计等。能控性是评估系统是否具有通过控制作用支配系统状态的能力,而能观性则研究系统测量输出是否具备推断系统内部状态的能力。本文研究了类分数阶线性微分系统和矩阵李雅普诺夫微分系统的能控和能观性问题。首先,应用常数变易法给出类分数阶线性系统的解析解,基于解析解导出类分数阶线性微分系统能控能观的充分必要条件;其次,应用相似方法提出了类分数阶矩阵李雅普诺夫微分系统能控能观性的判定准则,同时研究其稳定性问题;最终,通过两个具体的数值案例,本文提出的理论结果的有效性得到了充分的验证,从而不仅证实了我们的分析的正确性,而且展示了所提出方法在实际应用中的潜力和价值。

面向新型配电网的能观性分析与精细化协同规划方法

现代控制理论和电力系统状态估计中的能观性定义难以满足配电网态势感知的需求,配电网规划模型中也缺乏对能观指标的考虑,为此,提出面向新型配电网的能观性分析与精细化协同规划方法。对配电网的变量与状态空间模型进行定义,并根据传统能观性定义对配电网中的传统/新型变量进行能观性分析;基于传统能观性定义的缺陷提出新的配电网能观性和能观指标定义,并建立考虑能观性的配电网精细化协同规划模型。算例分析结果表明,所提规划方法考虑了实际量测误差的影响,实现了一次网架规划和二次态势感知设备配置的综合最优,达到了经济性和能观性的平衡。

火星气动捕获能观性分析与自主导航算法

研究火星气动捕获过程中探测器的能观性与导航滤波算法设计问题.采用基于李导数的方法对气动捕获过程进行了能观性分析,在考虑大气密度不确定性的条件下进行了能观度计算.针对系统模型的非线性和大气密度的不确定性,给出参数时变条件下施密特-卡尔曼滤波的无偏性证明,提出了扩展施密特-卡尔曼滤波(extended Schmidt-Kalman filter, ESKF)算法,有效提升了气动捕获期间的状态估计精度.通过仿真验证,ESKF算法与传统方法相比显示出更优的估计效果,为火星气动捕获任务的实施提供了坚实的理论与方法支持.

PWM DC-DC变换器混杂动态系统的能控性和能观性

在PWMDC-DC变换器研究中引入混杂动态系统和切换线性系统的概念和相关理论,研究PWMDC-DC变换器的能控性和能观性。首先将PWMDC-DC变换器建立为周期型切换线性系统模型,然后根据周期型切换线性系统的一个周期之后和多周期的能控性和能观性定义及定理,以BuckPWM变换器为例,分析变换器一个周期之后和多周期的能控性和能观性,最后对BuckPWM变换器进行能控性实验验证。实验结果表明,在负载阶跃变化的情况下,变换器输出完全可以控制并且稳定在设计值,这和BuckPWM变换器作为周期型切换线性系统模型的能控性分析结果是一致的。本文的研究还表明,研究方法也适应于其他功率变换器能控性和能观性的研究。

基于条件数的能观性度量方法及在自主导航系统中的应用

由于状态方程和观测方程的非线性,给自主导航系统的能观性分析带来了挑战。首先分析了条件数在线性系统能观度定义中的合理性;然后,利用李导数求解出非线性系统的能观性矩阵,并基于条件数给出了一种非线性系统的能观性度量方法;将其应用于地月转移轨道,分别研究了地心视线矢量和月心视线矢量两种观测模型下自主导航系统的能观度;进而,利用系统的能观度动态确定信息分配因子,结合扩展卡尔曼滤波建立信息融合自主导航算法。仿真结果表明,本文提出的能观性度量方法能够反映不同观测模型下系统能观性的变化情况,基于能观度的信息融合自主导航算法的轨道参数估计结果完全满足地月转移轨道段的精度要求。

严重受扰系统的能控性和能观性及失稳模式分析

基于稳定域理论,指出严重受扰系统的轨迹在临近失稳时运行在主导不稳定平衡点附近,因此可以用线性系统来近似描述严重受扰系统的局部动态。相应地分析线性化系统的模式能控性和能观性,并提出秩判据,以判别控制输入矩阵或观测输出矩阵对失稳模式是否能控或能观。采用特征分析,根据特征值、参与因子和模态揭示故障失稳模式,并根据模式能控性和能观性矩阵找出最灵敏的控制输入和观测信号的地点,以控制和检测失稳模式。以10机39节点新英格兰系统为算例,表明所提出的基于主导不稳定平衡点的线性分析方法实用有效,可为构建广域监视和控制系统奠定基础。

非线性系统的能观性和状态观测器

本文首先介绍了非线性系统能观性的各种定义,探讨了这些定义的背景,叙述了在各种定义下的研究成果,指出了尚未解决的问题,并介绍了Morse-Smale系统的能观性。其次,叙述了非线性系统设计状态观测器的五种方法,详细介绍了各种方法的假设条件和设计步骤。

网络控制系统的能控性和能观性

给出了网络控制系统的定义,并基于线性时不变系统的被控对象,建立了传感器为时钟驱动,控制器和作动器为事件驱动时长时滞网络控制系统的数学模型,对网络控制系统的均值能控、均方能控、均值能观及均方能观作了定义,得到了网络控制系统能控的充分或必要条件及能观的充要条件.

一类混合动态系统的能控性和能观性研究

针对一类混合动态系统———周期型线性切换系统 ,给出系统能控性、能观性的充分必要条件 。

乘数-加速数模型的稳定性与宏观调控政策

利用我国统计数据,建立了一个修正的萨缪尔森(Samuelson)乘数-加速数模型.在此基础上,对我国宏观经济系统的稳定性、能观性、能控性进行了讨论,结果表明,经济系统从不稳定到稳定需要加大消费和投资的力度,尤其应该刺激消费.从一个侧面论证了我国近年来宏观经济调控政策的正确性.

基于分数阶微分方程描述的系统的能控性和能观性判据

首先给出了由分数阶微分方程描述的系统的数学模型,根据对整数阶系统能控性和能观性的研究,给出了此类分数阶系统的能控性和能观性的定义,并利用两参数的Mittage-Leffler函数和Cayley-Hamilton定理分析此类分数阶系统的能控性和能观性,推导由分数阶微分方程描述的系统能控性和能观性判据.当其能控性判别矩阵M和能观性判别矩阵N的秩为满秩时,分数阶系统是能控和能观的.

永磁同步电机非线性观测器设计及内核验证

永磁同步电机调速系统的矢量控制建立在转子磁链定向系内,为了获得优异的转速响应特性、调速范围,特别是低速调速性能及抗负载扰动性能等控制效果,需要获取转子精确的位置及速度信息作为反馈调节量.针对永磁同步电机模型方程多变量、非线性、强耦合的特点,设计了一种基于非线性坐标变换后能观测规范形的高增益观测器,将其作为转子位置及速度高精度估计的内核算法.基于微分几何理论分析了转子磁链定向系内模型的非线性局部弱能观性及全局能观性,从而肯定了应用非线性观测器内核进行局部及全局状态估计的必要性;与另一种不同内核的观测器相比较,数值仿真结果肯定了本文提出的非线性观测器内核在估计转子磁链定向系的交(直)轴电流及速度信息方面的可实现性.这样,在理论及算法两个方面,都证明了所提出的非线性观测器内核可以实现无传感器稳定起动、状态估计以及结合位置估算的算法交联收敛性.

一类非线性系统观测器与算例

给出了非线性系统状态观测器的一种提法 ,对所给非线性系统作了必要的假设 .对非线性系统状态观测器存在的条件进行了分析 ,进而讨论了一类非线性系统观测器的构造方法 ,并给出了算例 .

广义系统的能控、能观性判别条件

该文讨论广义系统能控、能观性问题，给出了广义系统能控和能观性一种新的判别条件．

分数阶线性系统的能观性研究

在对一类由分数阶线性微分方程描述的系统的能观性问题研究中,通过分数阶线性定常系统求解,给出了分数阶线性定常和时变系统一般解的统一表达式。在给出分数阶系统能观性定义的基础上,提出并证明了分数阶线性系统时变和定常系统能观性的充分和必要条件,以及分数阶线性定常系统的能观性判据,所得结论对分数阶控制系统的分析与综合是有益的。

永磁同步电动机系统的能控性与能观性分析

永磁同步电动机系统是一类仿射非线性系统.该文应用非线性控制系统的几何理论对它的能控性与能观性进行分析,证明了永磁同步电动机系统在一定范围内是局部弱能控的、强可接近的和局部弱能观的.

高阶系统方法--Ⅲ.能观性与观测器设计

平行于第Ⅰ部分中提出的非线性系统的全驱性概念,本文提出了非线性系统的全量测性概念.首先给出了非线性系统的一种能观规范型,并证明了任何与该类非线性系统能观规范型等价的系统,以及任何能观的线性系统,都等价于一个高阶全量测系统.然后据此提出了一般动态系统的完全能观性定义,同时指出线性系统的完全能观性等同于其通常意义下的能观性.最后提出了非线性全量测系统观测器设计的一种简洁方法.基于这种设计,可以使观测误差系统为线性定常系统,并且可以任意配置其特征多项式的系数矩阵.

布尔控制网络的能控性与能观性(英文)

利用矩阵的半张量积,布尔控制网络被转化为离散时间系统.本文从离散时间系统的结构矩阵出发,讨论了逻辑控制系统的能控能观性条件,得到了一个新的能控性条件.新的条件简化了原有能控性矩阵的计算复杂性,矩阵的最高阶数由原来的2^(m+n)降到了2~n.另外,还得到了检验布尔控制网络能观性的条件.与原有条件相比,新的条件更容易计算检验.最后.给出一个实例,检验给出的能控能观性判断条件的正确性.

网络控制系统的能控性与能观性

针对随机时变时延的存在使得网络控制系统的分析变得非常复杂,传统的控制理论在应用到网络控制系统中时必须重新考虑的问题,通过在传感器和控制器的发送端和接收端引入缓冲器的方法,将网络控制系统中随机时延转化为确定性时延,在此基础上研究了网络控制系统的能控性和能观性,并给出了网络控制系统能控和能观的充分必要条件,该方法可推广至其他的时延系统中去。

保证能控性和能观性的采样方式

提出一种简单的采样间隔可任意选择的不等间距采样方法 ,它能保证对于任意能控或能观连续系统 ,其离散系统一定能控或能观 ,而与系统参数无关。以该方式离散化后的系统为周期性时变系统 ,因而既可直接设计时变系统的反馈控制律 ,也可先将一个周期内的方程化为时不变方程 ,再按定常系统进行控制律设计。