具有极点约束的线性振动系统的一种主动控制设计:LMI方法

本文讨论具有闭环极点约束的线性振动系统状态反馈主动控制设计问题。极点约束集是左半复平面上一个由圆形和带状区域构成的凸域，以闭环系统的H2指标为优化目标，将该设计问题转化成一个易于计算的线性矩阵不等式（LMI）约束的凸优化问题求解。最后运用本文方法对一个双层隔振系统模型进行状态反馈控制设计，并给出数值仿真结果。     

含控制时滞的海洋平台前馈反馈最优跟踪控制

通过引入状态变换,将含控制时滞的海洋平台系统转化为无时滞系统.然后,通过引入渐近稳定的期望系统,基于波浪力线性外系统近似模型,给出了海洋平台系统基于二次型性能指标泛函的前馈反馈最优跟踪控制器设计方法及其控制器的存在唯一性条件.控制器的前馈增益矩阵和反馈增益矩阵可分别经由求解代数Riccati方程和Sylvester方程得到.仿真算例表明了方法的有效性,且在减小平台的振动幅值和控制力方面,前馈反馈最优跟踪控制方法优于前馈反馈最优控制方法.     

状态空间下基于小波变换的时变系统参数识别

基于状态空间和小波理论提出了时变系统的参数识别方法。该方法将线性时变系统的二阶振动微分方程转化为状态空间里的一阶微分方程组,再对系统的自由响应数据进行小波变换,利用小波尺度函数的正交性,又将一阶微分方程组的求解转化为线性代数方程组的求解问题。识别出等效的系统转移矩阵,再利用特征值分解,可以得到系统的模态参数,然后将等效的系统转移矩阵与实际物理模型中的质量、刚度和阻尼矩阵对照,识别出系统的刚度和阻尼矩阵。以4层楼房剪切模型为例,对突变、线性变化和周期变化3种情形下的时变参数进行了识别,仿真算例验证了该方法的正确性和有效性。     

结构振动的离散次最优控制

将连续控制系统和系统性能指标转换成离散形式，根据性能指标相对于控制增益的二阶灵敏度分析，确定用于控制反馈的系统状态，然后进行次最优控制的设计。仿真计算结果显示，二阶灵敏度能够较好地确定系统状态反馈的取舍。次最优控制能够有效地控制结构的峰值响应。     

用(G′/G)展开法求解非线性偏微分方程精确解

本文对(G′/G)展开法中的一类辅助方程—二阶线性常微分方程进行扩展求解,得到了此辅助方程更多形式的新精确解.借助Maple软件,利用此(G′/G)展开法求解了(3+1)-维potential-YTSF方程和(2+1)-维破裂孤子方程,得到了方程大量的新的精确解,包括含参数的双曲函数解和三角函数解.该方法直接简单并能构造出非线性偏微分方程更丰富的精确解,为求解非线性偏微分方程提供了一个更强大的方法.     

一般黏性阻尼振动系统的实空间解耦与自由界面模态综合法

一般黏性阻尼振动系统通常可变换到状态空间,利用解得的复模态可以将系统方程解耦,但解耦后的方程是复系数方程,必须在复数域内进行求解。根据所需要保留的复特征解对的特征,通过复特征向量矩阵的线性变换构造了一种新的模态变换关系,利用模态变换矩阵将一般黏性阻尼振动系统的状态空间运动方程变换为解耦的实系数二阶常微分方程。随后,构造了一种与实变换矩阵关于系统矩阵加权正交的向量集,利用这种加权正交的向量集推导系统剩余柔度矩阵时可以避免对系统矩阵进行直接求逆,解决了含刚体模态时的系统剩余柔度矩阵的求解问题。然后,将实空间解耦和加权正交向量集与自由界面模态综合法相结合,推导出了与常规振动微分方程具有相同形式的实系数系统综合方程。最后,通过数值算例验证了方法的有效性。     

基于LMI方法的网络化保性能PID控制

针对具有双边时变时延和数据丢包的网络控制系统(NCSs),研究了基于线性矩阵不等式(LMI)方法的二阶过程网络化保性能比例积分微分(PID)控制。通过采用状态反馈的增广状态空间模型重新描述了具有典型二阶传递函数形式的控制对象和PID控制增益,同时结合时滞系统的分析方法,将PID跟踪控制器参数选择归结为LMI求解问题。进一步地,采用自由权矩阵、互逆凸组合以及锥补线性化方法,给出了满足性能的控制器参数的求解方法,实现了采用传统的PID控制方法实现网络化轨迹跟踪控制。最后通过示例仿真和实验,验证了本文所提方法的有效性。     

宽带激励下非线性振动系统响应的最小化控制

将一种基于广义谐和函数的随机平均法和随机动态规划原理相结合，提出了一种非线性随机最优控制方法，可以为受宽带激励的单自由度强非线性振动系统设计最优控制规律，以使得系统的稳态响应最小化。方法中的随机平均法用来得到受控系统位移幅值的Ito随机微分方程；用随机动态规划原理为系统稳态响应最小化建立动态规划方程；在控制力为有界的条件下，从动态规划方程中可以导出最优控制规律；通过求解FPK方程得到受控系统的响应。本文用一个具体的例子阐述了这一控制方法的实施过程。     

线性周期时变振动系统的稳定性分析

通过李雅普诺夫变换，对线性周期变系数振动系统的稳定性进行了定性的讨论。基于Floqent理论，分析了线性周期变系数振动系统的临界速度和低阶临界速度。同时，通过求解一个周期段上的区间状态转移矩阵的特征值，从而求解线性周期时变系统的特征指数，可判断系统的稳定性。     

一类非线性切换关联大系统的分散控制器设计

基于凸组合技术和线性矩阵不等式方法,考虑了一类非线性切换关联大系统的分散状态反馈镇定问题,大系统的关联项由线性和非线性两部分构成,在低维子系统的单个子系统均不能被镇定且存在非线性干扰的情况下,得到了切换关联大系统稳定的一个充分条件.并将其转化为求解线性矩阵不等式问题,相应给出了算法的计算机实现,进而设计出了切换关联大系统的分散控制器和分散切换策略.     

Stability analysis of continuous bilinear systems

Abstract

In this paper we will give some sufficient conditions that make continuous‐time bilinear systems with control delay and/or uncertainties asymptotically stable. These sufficient conditions depend strongly on the coefficient matrix measure, and on the bounds of coefficient matrices, uncertainties matrices, feedback gain matrices, and the initial state. Therefore, when a controller is designed for a bilinear system these sufficient conditions can be applied as a convenient check on the stability of closed‐loop system.     

受控线性多体系统传递矩阵法

受控线性多体系统的稳态运动是多体系统动力学的重要研究内容之一。本文以简单的受控多体系统为例，建立了受控线性多体系统传递矩阵法，能方便快捷地求解受控线性多体系统的稳态运动。建立了控制力作用下集中质量和弹簧阻尼铰的扩展传递矩阵和扩展传递方程。将牛顿法和受控线性多体系统传递矩阵法的计算结果进行了比较。实例表明，受控线性多体系统传递矩阵法不仅能用于受控线性多体系统的动力学分析，而且完整地保持了传递矩阵法的所有优点。     

振动系统的特征结构配置设计

考虑了振动系统特征结构配置设计问题，其目的是设计比例加微分反馈控制律使得闭环振动系统具有期望的特征值和特征向量。基于一类矩阵方程的参数化解，给出了该比例加微分反馈特征结构配置设计参数化方法。该参数化方法提供的自由参量为振动控制系统设计提供了全部自由度，可适当选取这些参量来满足某些性能指标，如鲁棒性等。此外，该特征结构配置参数化方法直接基于振动系统参数矩阵，无须对振动系统进行变换并将其转化一阶线性系统。最后，通过数值例子验证了所提振动系统比例加微分反馈特征结构配置参数化方法的有效性。     

Stabilisation of chaotic dynamics in semiconductor lasers with optical feedback using optimal control

The application of a method for controlling time-delay chaotic systems to the control of external-cavity laser diode dynamics is reported. The approach is based on optimal control theory and, in general, aims to stabilise nonlinear time-delay systems by the use of an approximating sequence technique. The goal of the approximating sequence technique is to reduce a given nonlinear system into a sequence of linear timevarying equations, with the purpose of approximating to the solution of the nonlinear system. In each of these equations, the linear-quadratic optimal tracking control is implemented. It is shown that in the case of chaotic external-cavity lasers, a feedback control via the laser bias current enables the selection of the desired dynamical behaviour.     

一类非线性不确定结构系统的鲁棒饱和主动控制

对一类非线性不确定结构系统研究了在外部干扰下的鲁棒饱和主动控制策略.将质量、阻尼、刚度矩阵都存在不确定的结构系统描述为一种不确定中立系统,采用鲁棒饱和主动控制策略,提出基于线性矩阵不等式的代数解.通过提出的控制方法同时保证了结构系统在模型和参数摄动下以及在控制变量和扰动存在非线性不确定性时的鲁棒稳定.最后通过对一个4层建筑大楼在地震波作用下的主动振动控制仿真证明了该方法的有效性.     

Static output tracking control for non-linear polynomial time-delay systems via block-pulse functions

In this paper, a new method is introduced to design static output tracking controllers for a class of non-linear polynomial time-delay systems. The proposed technique is based on the projection of the controlled system and the associated linear reference model that it should follow over a basis of block-pulse functions. The useful properties of these orthogonal functions such as operational matrices jointly used with the Kronecker tensor product may transform the non-linear delay differential equations into linear algebraic equations depending only on parameters of the feedback regulator. The least-squares method is then used for determination of the unknown parameters. Sufficient conditions for the practical stability of the closed-loop system are derived, and a domain of attraction is estimated. The implementation of the proposed method is illustrated on a double inverted pendulums benchmark as well as a two-degree-of- freedom mass-spring-damper system. The simulation results show the effectiveness of the developed technique.     

LMI的广义系统输出反馈H2控制

利用广义系统正常化方法,在较为一般的条件下,把存在输出反馈控制器使得闭环系统无脉冲模,内稳定且满足H2性能指标的充分条件表示成线性矩阵不等式（LMI）的形式.给出的控制器含有可调参数,便于工程应用.     

Adaptive output feedback sliding mode control for time-delay systems with extended disturbance

This study proposes a new adaptive output feedback sliding mode control (SMC) for mismatched uncertain time-delay systems. First, sufficient conditions in terms of linear matrix inequalities are derived such that the equivalent reduced-order system in the sliding mode is asymptotically stable. Second, based on a new lemma and a novel adaptive law, an adaptive sliding mode controller is designed to guarantee the finite-time reachability of the system states using output feedback only. The proposed method is not limited by the following conditions: (1) the exogenous disturbances must be bounded by a known function of the outputs or by a known function of the state and delayed state variables, and (2) the norm of unmeasured states must be bounded by a constant value. As these conditions are required for the application of most existing SMC approaches for time-delay systems, the proposed approach can be applied to a more generalized system, making it a valuable contribution to the field.     

求解四元数矩阵方程AHXA=B的基于矩阵半张量积的新方法

四元数线性系统在控制理论和工程中有广泛的应用。利用矩阵半张量积对四元数矩阵方程进行研究，提出四元数矩阵的一种实向量表示并研究其性质。结合实向量表示与矩阵半张量积，给出四元数矩阵方程A^HXA=B的极小范数Hermitian解的存在条件及通解表达式，并且给出相应算法。数值实验证明了实向量表示方法的可行性。