船舶航向保持中的混沌运动控制

针对船舶航行中的混沌运动控制问题,从船舶操纵运动非线性模型入手,提出了一种基于受控混沌系统Melnikov函数的矩形脉冲微扰控制方法。控制方法利用矩形脉冲对混沌系统参量进行微扰控制。通过求解混沌系统的同宿轨道,构造受控混沌系统的Melnikov函数,结合Melnikov函数简单零点出现的边界条件以数学的方法确定微扰脉冲参数的取值,避免了实施混沌控制时控制脉冲参数选择的盲目性。船舶混沌运动控制的仿真实验显示,所提方法能将系统混沌运动快速稳定至周期轨道上,且其振幅降为原混沌系统的8.5%;同时实验结果表明了所提方法在船舶混沌运动控制中的有效性。     

基于脉冲参量微扰的船舶航行混沌控制

为实现对航向保持过程中混沌现象的抑制,提出采用脉冲参量微扰控制方法对船舶非线性运动中的混沌进行控制.利用Melnikov方法确定受控系统的脉冲控制参数关系及取值范围,构造合适的脉冲控制器来实现混沌控制.仿真结果表明,该控制方法能将受控系统稳定到不同的周期轨道,具有较好的控制效果.     

凹槽滤波反馈控制混沌系统

通过对具有扰动作用的平面Hamilton混沌动力系统增加一线性的反馈控制器———凹槽滤波器, 基于Melnikov方法这一混沌的微扰判据给出合适的反馈控制器参数, 引导系统从混沌运动转化为期望的低周期运动, 并采用平均理论作了稳定性分析. 数值仿真结果将进一步证实本文的结论.     

一类磁性刚体航天器的混沌控制研究

采用基于误差线性系统稳定性准则的混沌控制方法,控制具有结构内阻尼的磁性刚体航天器在重力场与磁场共同作用下在圆形轨道的混沌姿态运动.讨论了航天器姿态运动方程中部分参数的取值对于运动姿态的影响,给出了这些参数通过倍周期分岔或逆倍周期分岔通往混沌的途径.当参数使系统做混沌姿态运动时,采用上述方法将混沌运动控制至周期-4轨道,并实现周期-1、2、4轨道之间转换的灵活控制.此外,分析了控制参数的变化对于控制效果的影响,并分别给出了控制至不同轨道时的输入扰动范围及控制参数范围.仿真结果表明,该方法能够实现混沌姿态运动在预定周期轨道间的灵活控制,且输入扰动量小、控制速度快、具有高精度,从而验证了该方法在航天器混沌姿态运动控制方面的有效性.     

圆柱壳在热载荷及微扰外压作用下的分岔

在考虑温度对圆柱壳材料性能影响的基础上,建立了圆柱壳在扰动外压作用下的几何非线性动力控制方程.并采用伽辽金原理及 Melnikov 法研究了圆柱壳在热载荷及微扰外压作用下的分岔,进一步讨论分析了温度、Batdorf 参数等因素对圆柱壳发生混沌运动区域的影响,得出了随温度、Batdorf 参数的增大,混沌运动区域将越来越大的结论.     

原子力显微镜微悬臂梁的混沌运动控制

通过数值模拟方法分析了原子力显微镜（atomic force microscopy,AFM）微悬臂梁的混沌运动与分岔特性,研究了“时间延迟反馈控制”、“周期信号控制”分岔特性和混沌运动控制参数的取值范围,以及同一周期轨道不同控制参数的值域．研究结果对复杂系统非线性动力学行为分析和混沌运动控制提供了有意义的理论参考,同时对控制原子力显微镜主要构件的运动和改善其测量精度,具有工程实用价值．     

利用正反馈引导混沌系统到周期解

提出了一种抑制混沌的方法, 通过对混沌动力系统增加一个基于系统变量的正反馈控制项, 成功而快速引导系统从混沌运动转化为低周期运动. 利用Melnikov方法分析了该控制方法在Duffing振子中实现混沌抑制的控制机理, 得到了结论: 正反馈项可以消除混沌系统的稳定流形和不稳定流形的横截相交. 仿真表明, 该方法简单而广泛适用.     

单核单涡旋混沌系统定平面折返控制法

基于混沌细胞模型理论,提出适用于单核单涡旋混沌系统的定平面折返控制法.让混沌系统的运动轨线在确定的平面折返,并用一线性系统取代混沌系统作折返运动,从而大大降低了系统的随机性.适当选择折返平面,可控制混沌系统稳定运行于某些周期轨道上.用该控制方法对多个典型混沌系统进行数字仿真实验,获得了稳定的周期1、周期2和周期4轨道.     

自适应延迟反馈控制混沌

本文在延迟反馈控制混沌方法的基础上,提出了一种自适应调节延时时间,控制刚度的延时反馈控制方法,可以有效地把混沌控制到所需的周期轨道上去,控制时初始微扰较小,控制刚度不需计算李雅普诺夫指数来确定。     

船舶混沌运动的比例-积分-微分控制

针对采用比例-积分-微分控制混沌系统时参数不易确定的问题,为克服基本粒子群优化算法的不足,对PSO算法惯性权重系数进行了改进,并将目标混沌系统引入PSO算法,提出了改进动态混沌粒子群优化算法.将改进算法应用于船舶混沌运动比例-积分-微分控制器的参数整定优化并对混沌运动的比例-积分-微分控制进行了仿真研究,仿真结果表明,改进算法得到的控制参数能将受控船舶混沌系统迅速稳定到不动点上,控制效果明显.     

船舶航向非线性H∞逆优化输出反馈控制

为抑制船舶航向非线性优化控制中模型参数摄动和由状态观测器引入的不确定观测误差,提出了一种非线性H∞逆优化控制算法.首先,基于无源理论设计观测器以实现海浪滤波,该观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后,考虑模型参数摄动对观测误差的影响,给出了描述系统局部(全局)性态的局部(全局)H∞优化性能指标.在以广义黎卡提方程(GARE)对局部优化问题的求解的基础上,应用逆优化方法将全局H∞优化问题转化为构造闭环系统的Lyapunov函数问题,得到同时满足两种指标的优化控制器,并证明了稳定性.仿真结果证明了该算法的有效性.     

基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹控制

针对船舶直线航迹控制的非线性特性,设计一种基于输入输出线性化的自适应模糊滑模控制器,并利用Lyapunov理论,证明该系统在所设计控制器作用下全局渐近稳定,Simulink仿真结果表明,所设计控制器能够有效抑制常规滑模所固有的稳态抖振现象,且在参数摄动及风浪干扰下具有强鲁棒性,较好的实现了对设定航迹的跟踪。     

混沌系统的快速模糊控制算法

讨论了用模糊推理方法实现混沌系统的控制问题。利用递推模糊聚类算法实时对系统的输入空间进行模糊划分,利用卡尔曼滤波算法确定参数。在此基础上,给出了模糊模型的在线辨识算法。该方法不需要被控混沌系统的解析模型,控制的目标可以为周期轨道,也可以为连续变化的目标函数,在模型参数发生摄动和存在噪声情况下控制仍然有效。针对Henon吸引子的仿真结果,表明该方法的有效性和可行性。     

Dynamic analysis of an ecological model with impulsive control strategy and distributed time delay

In this paper, by using the theories and methods of ecology and ordinary differential equation, an ecological model with impulsive control strategy and distributed time delay is established. By using the theories of impulsive equation, small amplitude perturbation skills and comparison technique, we get the condition which guarantees the global asymptotical stability of the lowest level prey and top predator eradication periodic solution. Further, influences of the impulsive perturbation and the parameter a on the inherent oscillation are studied numerically, which shows rich dynamics, such as period-doubling bifurcation, period-halving bifurcation, chaotic band, narrow or wide periodic window, chaotic crises, etc. Moreover, computation of the largest Lyapunov exponent demonstrates the chaotic dynamic behavior of the model. Meanwhile. we investigate the qualitative nature of strange attractor by using Fourier spectra. All these results may be useful for study of the dynamic complexity of ecosystems.     

基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模 动态面输出反馈控制

针对三自由度全驱动船舶速度向量不可测问题,考虑船舶模型参数和外部环境扰动均未知的情况,提出一种基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模动态面输出反馈控制方法.该方法设计神经网络自适应观测器估计船舶速度向量,且利用神经网络逼近模型参数不确定项,综合考虑船舶位置和速度误差之间关系构造递归滑模面,再采用动态面控制技术设计轨迹跟踪控制律和参数自适应律,并引入低频增益学习方法消除外界扰动导致的高频振荡控制信号.选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

基于自适应模糊滑模控制的船舶航向控制器设计

针对船舶运动系统中固有的非线性、模型不确定性和风、浪、流等的干扰.提出了自适应模糊滑模控制(AFSMC)策略解决船舶的航向控制问题.通过采用模糊逻辑系统逼近系统未知函数,将滑模控制技术与自适应模糊控制技术相结合,设计了船舶航向AFSMC控制器.在滑模边界层内应用PI (proportional-integral)控制代替滑模控制中的切换项,削弱了滑模控制带来的抖振现象.借助李亚普诺夫函数证明了船舶运动系统中的信号都一致有界并利用Barbalat引理证明了跟踪误差渐近收敛到零.在参数摄动和外界干扰情况下进行了航向保持与改变仿真试验,采用AFSMC控制器得到了与无摄动和无干扰情况下相似的输出响应.实验结果表明,所提控制器能有效地处理系统不确定性和外界干扰,控制性能良好,具有很强的鲁棒性.     

Controlling the diffusionless Lorenz equations with periodic parametric perturbation

Diffusionless Lorenz equations (DLE) are a simple one-parameter version of the well-known Lorenz model, which was obtained in the limit of high Rayleigh and Prandtl numbers, physically corresponding to diffusionless convection. A simple control method is presented to control chaos by using periodic parameter perturbation in DLE. By using the generalized Melnikov method, the parameter conditions could be obtained to guide the controlled DLE to a low-periodic motion. Moreover, the existence conditions of periodic orbits and homoclinic orbits in the system are given. Some results of the numerical simulation are also explained clearly by a rigorous analysis.     

波浪作用下船舶航向自抗扰控制设计及参数配置

针对具有内部参数不确定性和外部扰动的海上船舶设计了航向自抗扰控制器,并解决了舵机模型中舵角的限幅和限速问题,基于滑模控制理论提出了反馈控制带宽的计算方法.采用频域分析的方法,系统地分析了自抗扰控制器对外部波浪扰动的抑制能力、模型参数不确定时的鲁棒性;结合作者实船工作经验以及系统动态特性与控制参数的关系,提出了船舶航向控制器参数的配置规律;最后以一艘57000吨级散货船为控制对象,验证了航向控制器的鲁棒性和本文所述参数配置规律的有效性.为将自抗扰控制算法应用于船舶自动舵设计提供理论依据和实践参考.