带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机轨迹规划

带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机具有多输入多输出以及欠驱动的动力学特性,目前仍缺乏有效的控制策略.在台车移动、桥架移动、负载升降同步作业过程中,吊钩和负载两级球面摆动特性更为复杂,各状态量之间的非线性耦合关系更强,桥式起重机的防摆控制更具挑战性.不仅如此,现有方法无法保证桥式起重机系统全状态量的暂态控制性能.为解决上述问题,提出一种基于多项式的优化轨迹规划方法.首先,在未进行近似简化的前提下,使用拉格朗日方法建立带有双球面摆和变绳长效应的7自由度(Seven degree-of-freedom,7-DOF)桥式起重机的精确动力学模型.在此基础上,构造一组包含各状态量的辅助信号,将施加在台车、桥架、绳长以及吊钩、负载摆动上的约束转化为对辅助信号的约束,从而将桥式起重机的轨迹规划问题转化为与辅助信号相关的时间优化问题,并使用二分法求解.该轨迹规划方法不仅缩短了吊运时间,而且确保了全状态量满足约束条件.最后,仿真结果证明了动力学模型的准确性和轨迹规划方法的有效性.

基于多智能体深度强化学习的解耦控制方法

[目的]在现代工业生产过程中,实现复杂非线性多输入多输出系统的解耦控制对于生产过程的操作和优化都具有至关重要的意义.[方法]本文基于多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法,提出了一种解决复杂非线性多输入多输出系统解耦控制问题的设计方案,并通过连续搅拌反应过程的解耦控制仿真计算,验证了设计方案的有效性.[结果]验证结果表明:本文所提出的方案能够同时对连续搅拌反应过程中反应温度、产物摩尔流量两个被控量的设定控制目标进行跟踪调节,且在同样的控制目标下,该设计方案比单智能体方案和PID(proportional-integral-derivative control)控制方案都具有更好的稳定性与更小的稳态控制误差.[结论]仿真结果表明:针对复杂非线性多输入多输出系统的解耦控制问题,多智能体强化学习算法能够在不依赖于过程模型的基础上,实现复杂非线性多输入多输出系统的解耦控制,并保证较好的控制性能.

基于逆系统解耦的三电平Buck变换器反步滑模控制

多电平变换器因其可以降低开关管承受的电压应力、减小滤波电感和滤波电容体积,被广泛应用在直流微电网中。三电平Buck变换器的飞跨电容电压和输出电压存在耦合,是一个多输入多输出、强耦合的非线性系统。针对这一问题,提出一种逆系统解耦反步滑模控制方法。采用逆系统方法实现输出电压控制和飞跨电容电压控制的解耦,采用反步滑模法控制保证输出电压的稳定性和鲁棒性,通过状态反馈控制将飞跨电容电压平衡在输入电压的1/2处。仿真和实验结果表明,所提控制策略能使得飞跨电容电压和输出电压均具有良好的稳态和动态特性。

频谱能量均衡的低空智联网无人系统信道干扰协同管理

为适应未来无人系统自主化、分布式的低空智联联合抗干扰发展趋势,解决资源有限的无人系统各节点面临的信道干扰管理和功率控制问题,提出了干扰协同联合功率控制的网络吞吐量优化方法,实现在多普勒频移和外部干扰影响下网络吞吐量的最大化,并均衡整体的能量效率和频谱效率。根据无人系统簇首节点的不同全双工工作状态,分析了可能存在的跨层、同层以及混合层三种干扰形式,综合分析多普勒频移和外部干扰影响下跨层干扰、同层干扰和混合层干扰的信干噪比估计,并推导出相应的信干噪比关系;为减轻干扰影响的同时降低能量消耗,设计基于功率控制和干扰协同的网络吞吐量模型,进而针对性地设计了集中式迭代方法和分布式智能策略,用于求解复杂的非凸组合优化问题。仿真结果表明,该方法在无人系统部署密度、节点天线数量和组网通信容量之间保持了较好的平衡关系,一定程度上提高了无人系统的频谱利用率和抗干扰传输能力。

基于鲁棒整定的球磨机系统多变量PID控制

基于内模控制原理,导出一种多变量系统的PID控制器参数整定新方法,可直接获得控制器的比例项、积分项、微分项系数以及考虑到微分项可实现性的实际微分环节的时间常数。该整定方法应用于严重多变量耦合的电厂制粉系统球磨机控制的仿真研究,结果表明:所整定的PID控制系统具有良好的调节品质,在系统特性变化的情况下具有很强的鲁棒性。

室内热舒适环境的模糊关系矩阵模型控制系统

针对复杂非线性系统中多个输出不能解耦的控制问题,基于实际系统的采样数据,利用矩阵半张量积运算建立模糊关系矩阵模型,得出一种新型模糊控制器设计方法.将传统模糊控制中的推理过程和模糊规则的建立转化成矩阵运算,有效避免了建模和控制的复杂性.将其应用于室内热环境舒适度控制系统中,基于室内外的温度、湿度等多个变量的采样数据对,给出具体的模糊关系矩阵的建立过程,设计得出新型模糊控制器.仿真和实验结果表明,该方法能够实现室内热环境的舒适度控制,并且不需要进行多变量之间的解耦.

超精密六自由度微动台耦合动力学建模及分析

多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)运动控制系统中,自由度耦合是影响系统运动性能的关键因素。因此,为实现运动系统高速度下纳米级定位精度和轨迹跟踪精度,需要从控制对象内部的耦合机理出发,建立耦合模型,并在此基础上建立动力学模型,实现系统内部的力学解耦。该文研究对象是一种无接触式六自由度微动台,此微动台有8个洛伦兹电机提供驱动力,且竖直方向具有重力平衡装置。基于微动台的结构模型和控制要求,建立了2类主要耦合模型:位置相关耦合和力相关耦合。其中,位置相关解耦连接控制点到质心,力相关解耦连接质心到各驱动力。最后进行了实验验证,实验结果证明了动力学模型的可行性和有效性。

城市路网交通运行效率评价

采用"多投入多产出"系统分析思想评估城市路网运行效率。基于指标的代表性、客观性、可获得性原则建立路网运行效率评价指标体系,包括6个"投入"类和3个"产出"类指标;应用数据包络分析(DEA)法中建立路网运行效率的评估模型;以广州市天河区路网为例,选择6种路网改善方案作为决策单元,运用软件MaxDEA对评估模型进行求解分析,得到各改善方案的优劣排序。结果表明:6种改善方案均能提升路网效率;与增加道路长度、提升道路等级等方案相比,实施交通需求管理降低路网交通需求总量、打通断头路增大路网连通度更能有效提升路网的运行效率。DEA方法不仅能保证路网效率评估的完整性、客观性,而且能准确找到影响效率的关键因素,可为路网升级方案制定提供依据。

基于FUZZY ARTMAP的加氢裂化分馏塔MIMO软测量

研究了一类多输入多输出 (MIMO)系统的软测量问题 ,将FuzzyARTMAP网络应用于加氢裂化分馏塔产品质量估计软测量 ,经实际过程数据验证指出此算法具有较强的分类及非线性多维映射能力 ,结合提出的多变量模糊PID在线校正算法 ,使所建软测量模型在线应用时具有一定的随工况变化不断校正的能力 .

多输入多输出正弦扫频试验控制新方法

研究了多输入多输出正弦扫频试验控制中信号发生、频响函数估计和控制算法等关键问题。针对步进式正弦扫频信号发生中因信号不连续而导致振动台或激振器发生冲击或损坏的问题,提出了两个不同频率的正弦信号平滑过渡的窗函数叠加延拓法,在满足扫频时间条件的同时也提高了试验控制精度;以单位正弦扫频信号作为激励,改变不同激励点的相位以产生满秩激励矩阵,运用相关积分法识别响应稳态正弦时域信号的幅值与相位,根据线性振动理论求解结构的频响函数;以多个控制点的幅值为控制对象,推导出扫频控制基本理论公式,通过参考值与反馈信号的比较来修正激励信号以满足试验条件。以一悬臂梁为研究对象,建立了两输入两输出正弦试验控制系统,结果表明该方法在扫频控制中取得良好的效果。

鲁棒稳定性和鲁棒对角优势的关系

本文研究了多输入多输出系统的鲁棒稳定性和鲁棒对角优势的关系。不仅给出了使系统鲁棒对角优势所需的鲁棒稳定性条件,而且还得出了系统鲁棒对角优势一定保证系统鲁棒稳定这个一般性的结论,并可根据本文所给的结果,对允许摄动的最大边界进行估计,包括非结构摄动的范数上界和结构性摄动的摄动矩阵的各元素的模的估计。本文得出的鲁棒对角优势保证鲁棒稳定的结果是较少保守性的。

无人直升机多天线通信信道建模及性能分析

在单天线航空信道模型的基础上,提出了一种无人直升机多天线通信信道的统计模型.分析了信道的时延扩展、多普勒扩展和角度扩展特性,研究了机身对天线的遮挡效应及多天线信号之间的干涉问题.根据模型特点建立了一种准确有效的仿真模型,给出了延迟功率谱、空间相关性、多普勒功率谱和机身遮挡效应的仿真方法.利用该模型在途中飞行、任务区盘旋和起飞/降落这3种飞行状态下对单天线和多天线信道的误码性能进行了对比仿真分析,验证了差分空时编码在无人直升机多天线通信系统中的良好性能.该模型可用于无人直升机多天线通信系统的调制和编码技术研究.

基于LSSVM的MIMO系统快速在线辨识方法

针对时变非线性多输入多输出(MIMO)系统在线辨识较困难的问题,提出一种基于最小二乘支持向量机(LSSVM)的快速在线辨识方法。介绍了现有LSSVM增量式和在线式学习算法,并为它引入了一些加速实现策略,得到LSSVM快速在线式学习算法。将MIMO系统分解为多个多输入单输出(MISO)子系统,对每一个MISO利用一个LSSVM在线建模;这些LSSVM执行快速在线式学习算法。数字仿真显示该方法建模速度快,模型预测精度高。

基于输入输出线性化方法的一类多输入多输出非线性系统的观测器设计

研究一类多输入多输出仿射非线性系统的状态观测器设计问题.基于输入输出线性化方法提出了一类多输入多输出仿射非线性系统的状态观测器设计的新方法,并给出保证状态估计误差渐近趋于零的充分条件.算例表明了所得结果的有效性.

空间相关莱斯快衰落信道下的MIMO系统性能

考虑到多输入多输出(M IMO)系统的收发分集优势和空间相关莱斯快衰落信道的普遍性,根据多变量统计学理论,推导出了M IMO系统在空间相关莱斯快衰落信道下平均成对差错概率上界的闭合表达式,发现随着信道空间相关性的增强或者莱斯分量的下降,系统误码性能呈下降趋势,最后通过仿真实验验证了理论推导的正确性.

一种多输入多输出非高斯随机振动试验方法

针对传统的多输入多输出高斯随机振动试验难以应用于非高斯问题,提出了一种基于频域逆系统方法的多输入多输出非高斯随机振动试验控制方法。该方法首先通过给定的参考谱和参考峭度生成参考信号,其次根据频域中的输入输出关系生成满足要求的驱动信号。采用相位调节法生成非高斯信号,由于相位调节法不改变原信号的功率谱,因此可实现功率谱与峭度的独立均衡控制;将矩阵幂次算法用于功率谱均衡,并提出了一种类似矩阵幂次算法的峭度均衡算法。最后,对一个三轴振动台台面振动环境进行了控制试验,结果表明,台面加速度响应的功率谱密度被稳定地控制在±3 dB容差限内,响应峭度也被稳定地控制在参考值附近,从而验证了所提方法的有效性与可行性。

自行车机器人动力学建模与MIMO反馈线性化

基于拉格朗日方法建立了自行车机器人的多输入多输出动力学模型.为了达到使自行车机器人保持自平衡的目的,将车把转动角度、车体倾倒角度和后轮转动速度作为系统输出;将转动车把的力矩、调节质心的力矩和后轮的驱动力矩作为系统输入,从而构建了具有3个输入、3个输出的仿射非线性系统.基于多输入多输出仿射非线性系统的输入输出线性化理论对其进行分析,通过精确线性化得到了等效的线性系统,并对该等效线性系统进行了分析,通过状态反馈实现了极点配置.通过计算机仿真验证了该控制律的有效性.

MU-MIMO下行链路模式自适应有限反馈机会传输

针对多用户多输入多输出(MU-MIMO)下行链路,提出一种基于模式自适应的有限反馈机会传输策略.该策略引入门限机制,在每个时隙仅信道质量满足预设门限要求的移动台(MS)选择适当的传输模式,包括波束成形(BF)和空分复用(SM),并根据传输模式自适应反馈信道信息.基站(BS)根据获得的信道信息从候选用户中选择一个进行通信.最后对所提策略进行理论分析,并通过Monte-Carlo仿真证明,该策略能以少量的反馈开销获得高容量,同时保证低的中断概率.

柔性结构振动跟踪控制H_∞混合灵敏度法

基于H∞混合灵敏度控制算法,提出了一种将H∞混合灵敏度控制应用于高阶柔性结构振动跟踪控制的加权函数选择方法。该方法能够快速地使输出信号跟踪到参考信号。首先,建立了振动系统的多输入多输出跟踪控制模型;然后选择合适的性能加权函数和限幅加权函数,引入了模型的不确定性扰动,给出了一种针对高阶柔性控制系统的加权函数选择方法,利用混合灵敏度H∞控制设计方法,将鲁棒反馈控制器设计转化为标准H∞控制问题求解;最后,以一悬臂梁为研究对象,完成了两输入两输出结构振动控制的控制器设计和算法仿真。仿真结果表明,针对高阶柔性结构系统设计的控制器,在保证稳定性的前提下,输出信号对参考信号的跟踪结果满足了预定指标要求。

一类非线性MIMO系统鲁棒自适应神经网络DSC设计

为了研究一类多输入多输出强非线性系统的自适应跟踪问题,采用RBF神经网络逼近模型不确定性,外界干扰和建模误差采用非线性阻尼项进行补偿,并将动态面控制与Nussbaum增益技术结合,提出了一种鲁棒自适应神经网络跟踪控制算法.该算法不仅能够解决系统中控制方向完全未知问题和可能存在的控制器奇异值问题,而且能够避免传统后推方法的计算膨胀问题,从而大大降低了控制器的复杂性,使之易于工程实现.同时,该算法保证了闭环系统的稳定性,并具有良好的鲁棒性.仿真结果验证了控制器的有效性.