针对高阶对象的递阶模糊滑模控制器研究

针对工业现场普遍存在参数不确定并有外界扰动的高阶对象,将误差驱动增益自整定思想和模糊滑模控制策略相结合,提出一种带有误差驱动参数自整定结构的递阶模糊滑模控制方法。该方法有效解决了传统模糊控制器在控制高阶对象时要输入更多系统状态信息而引起的"规则爆炸"问题,同时也削弱了一般滑模控制固有的"抖颤"现象。通过对典型高阶对象的仿真结果表明,误差驱动参数自整定递阶结构模糊滑模控制器较之传统控制方法有更好的控制效果和指标,并且有很强的鲁棒性和抗干扰特性。     

带记忆比例–积分–时滞输出滑模控制器设计

传统的比例–积分–微分(PID)滑模控制具有高频测量噪声鲁棒性差、参数整定方法复杂等缺点. 针对上述问题, 本文设计了一种基于带记忆输出反馈的比例–积分–滞后(PIR)滑模控制器, 并提出了基于频域分析的控制器参数自整定方法. 在控制器选型上, 将“带记忆”反馈机制引入到滑模面设计中, 提高滑模面的平滑滤波和高频噪声抑制能力. 首先, 基于PIR滑模面设计了等效控制律, 实现输出反馈下的闭环系统的滑模态稳定. 其次, 分析了基于输出反馈的PIR滑模面的有限时间可达性, 确保系统在存在匹配扰动时仍保持良好的鲁棒性. 最后, 在控制器参数整定方面, 通过迭代消除法消去时滞项在闭环特征方程中的影响, 同时基于衰减速率对系统进行极点配置, 实现PIR参数的在线自整定. 仿真结果表明, 该整定方法能够保证闭环二阶系统具有良好的鲁棒性和抗干扰性能.     

超声波电动机自适应滑模控制器设计

超声波电动机作为控制系统的执行器,被广泛应用于精密制造的驱动设备中。首先,为选择的超声波电机控制系统建立了近似的时域数学模型,使用最小二乘方法辨识了该系统模型的参数;然后,设计了一种连续切换自适应滑模控制器,并应用于超声波电机系统的控制,给出了超声波电机控制系统的稳定性检测方法,以及所设计控制器的参数选择方法;最后,采用传统滑模控制方法和所设计的控制方法跟踪相同的位置信号,取得了较好的控制效果。结果表明,对于跟踪幅值为40mm的位置信号,在较小抖振的前提下,传统滑模控制方法的最大跟踪误差为0.896 5 mm,连续切换自适应滑模控制的最大跟踪误差为0.164 6 mm,且无抖振。     

基于迭代滑模增量反馈的欠驱动AUV地形跟踪控制

为实现欠驱动自治水下机器人(AUV)在未知海流干扰作用下的地形跟踪控制,提出一种基于非线性迭代滑模增量反馈的航迹跟踪控制器.基于虚拟向导的方法,建立AUV垂直面航迹跟踪误差方程.采用迭代方法,设计滑模增量反馈控制器,无需对AUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计,这样避免了AUV俯仰舵的抖振现象,并且减小了输出反馈控制的稳态误差与超调问题.仿真实验表明,所设计的控制器对AUV系统的模型参数摄动及海流干扰变化不敏感,所设计的参数易于调节.     

PID控制器改进方法研究

分析了常规PID(比例—积分—微分)控制特点,针对其在非线性控制中存在的问题,基于参数自整定和控制器误差组合方式,分别设计了参数自整定模糊PID控制器、参数自整定RBF神经网络PID控制器和非线性自抗扰PD控制器.并进行了实验验证,实验结果表明,从参数自整定和控制器误差组合角度出发,所采用的控制策略可使非线性系统具有较好的动态特性、鲁棒性和自适应能力.     

四旋翼飞行器自适应滑模控制设计

针对四旋翼飞行器姿态模型建模误差以及外部扰动不确定性的特点,提出了一种基于自适应滑模的非线性控制器。采用参数自适应控制方法逼近系统中的建模误差项,滑模控制方法进一步抵消系统建模误差以及外部不确定扰动项。并采用李雅普诺夫稳定法证明了所设计的控制器能够实现全局渐近稳定。最后,通过四旋翼姿态飞行实验,验证了文中所提出控制方法的有效性,能够实现小型四旋翼姿态的稳定控制,其抗扰性能优于传统PID控制。     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

非线性迭代滑模的欠驱动AUV路径跟踪控制

为实现欠驱动自治水下机器人（AUV）在未知海流干扰作用下的路径跟踪控制,提出一种基于非线性迭代滑模增量反馈的路径跟踪控制器。选用一般曲线参数和Serret-Frenet坐标系描述路径跟踪误差,建立AUV水平面路径跟踪误差方程。采用迭代方法,设计滑模增量反馈控制器,无需对AUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计。仿真实验表明,设计的控制器参数易于调节,可用于实际欠驱动水下机器人来实现对水平面路径的精确跟踪。     

能源混沌系统的主动滑模同步控制

研究了一类能源混沌系统的同步问题。基于主动控制理论与滑模控制理论,给出了一种主动滑模控制器的设计方案。由于闭环误差系统依赖于控制器的参数,所以可通过调节这些参数使误差系统渐近稳定,从而实现了能源混沌系统的渐近同步。数值仿真结果说明了所设计方法的有效性与可行性。     

基于非线性迭代滑模的欠驱动UUV三维航迹跟踪控制

为实现欠驱动无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle, UUV)在未知海流干扰作用下的三维航迹跟踪控制, 提出一种基于工程解耦思想设计的非线性迭代滑模航迹跟踪控制器. 基于虚拟向导的方法,建立UUV空间航迹跟踪误差方程;采用迭代方法设计非线性滑模控制器, 无需对UUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计,避免了舵的抖振现象以及减小了稳态误差与超调问题. 仿真实验表明,设计的控制器对欠驱动UUV系统的模型参数摄动及海流干扰变化不敏感、 且设计参数易于调节,可以实现三维航迹的精确跟踪.     

A Semi-smooth Newton Method for Inverse Problem with Uniform Noise

In this paper we study inverse problems where observations are corrupted by uniform noise. By using maximum a posteriori approach, an \(L_\infty \)-norm constrained minimization problem can be formulated for uniform noise removal. The main difficulty of solving such minimization problem is how to deal with non-differentiability of the \(L_\infty \)-norm constraint and how to estimate the level of uniform noise. The main contribution of this paper is to develop an efficient semi-smooth Newton method for solving this minimization problem. Here the \(L_\infty \)-norm constraint can be handled by active set constraints arising from the optimality conditions. In the proposed method, linear systems based on active set constraints are required to solve in each Newton step. We also employ the method of moments (MoM) to estimate the level of uniform noise for the minimization problem. The combination of the proposed method and MoM is quite effective for solving inverse problems with uniform noise. Numerical examples are given to demonstrate that our proposed method outperforms the other testing methods.     

Asymptotic series solution of optimal systems with small time delay

A fixed final time free end-point optimal problem with a small time delay is considered. This problem leads to a nonlinear boundary-value problem consisting of both advanced- and retarded-type differential-difference equations. An asymptotic power series solution to the problem is constructed in terms of time delay. This asymptotic approximation procedure is aimed at improving a "nominal design" in which the small time delay is neglected. A scalar example illustrates the construction of asymptotic expansions. Numericai results on a coupled-core nuclear-reactor power control problem clearly show the advantages of the method.     

基于C#的主成分分析算法及其与GIS接口

分析了传统方法开发的组件存在“DLL Hell”问题和传统GIS软件在面对大数据集时效率低的不足,指出使用C#语言开发的组件可以有效地解决这些问题。并以开发主成分分析模块为例,介绍了主成分分析主要计算方法,给出了基于C#的算法,最后给出了基于C#的主成分分析模块实现及其与GIS软件的接口技术。     

雷达伺服系统小信号性能的改善

针对雷达伺服系统在小信号控制时存在的爬行问题,提出了一种变结构控制方法。这种方法对系统中各种不确定性有很强的鲁棒性。它和传统的ＰＩＤ方法相结合可得到满意的控制效果。作者在某型雷达上进行了实验,结果表明这种方法提高了雷达伺服系统在小信号时的伺服性能。     

Optimality conditions and algorithms for parameter design problems with two-level structure

We consider the parameter design problem for a central system coordinating plural semiautonomous subsystems each of which optimizes its own objective under the given parameter from the center. The center makes a decision of the parameter values to be assigned to the subsystems so as to optimize its objective, considering the values of optimized subsystems' performances. Such a parameter design problem is formulated in the framework of a two-level planning problem and becomes an optimization problem including optimal-value functions, and accordingly, a nondifferentiable optimization problem. In this paper, based on Gauvin's studies concerned with the directional derivatives of optimal-value functions, we derive the necessary conditions for the parameter design problem by means of a new theorem of the alternative. The results obtained here are slightly different from the Kuhn-Tucker-like conditions, and are adapted to the structure of the problem. As the computational method for our problem, we propose applying an existing generalized gradient algorithm called the "bundle method" in a class of nondifferentiable optimization methods, and also show a numerical example.     

Impervious surface mapping with Quickbird imagery

This research selects two study areas with different urban developments, sizes, and spatial patterns to explore the suitable methods for mapping impervious surface distribution using Quickbird imagery. The selected methods include per-pixel based supervised classification, segmentation-based classification, and a hybrid method. A comparative analysis of the results indicates that per-pixel based supervised classification produces a large number of "salt-and-pepper" pixels, and segmentation based methods can significantly reduce this problem. However, neither method can effectively solve the spectral confusion of impervious surfaces with water/wetland and bare soils and the impacts of shadows. In order to accurately map impervious surface distribution from Quickbird images, manual editing is necessary and may be the only way to extract impervious surfaces from the confused land covers and the shadow problem. This research indicates that the hybrid method consisting of thresholding techniques, unsupervised classification and limited manual editing provides the best performance.     

关于《模型不确定性系统的鲁棒预测控制》一文中的问题

指出了《模型不确定性系统的鲁棒预测控制》一文在控制器的设计过程中所出现的零极点对消而导致的在实际中无法实现的问题,并给出了改正结果.     

基于带变异算子粒子群优化算法的约束布局优化研究

该文研究二维带平衡及不干涉约束的圆集在圆容器内的布局优化问题(如卫星舱布局),属于NP-Hard问题,难于求解．文章提出了带变异算子的PSO算法(PSO with Mutation Operator),在算法搜索的后期引入变异算子,使算法摆脱后期易于陷入局部极优点的束缚,同时又保持前期搜索速度快的特性．将改进后的算法应用于约束布局问题,建立了此类问题的粒子群算法,并进行了3个算例(其中一个为已知最优解的算例)的数值计算,验证了带变异算子PSO算法在约束布局问题上的可行性和有效性．     

求解最优控制问题的混合变量变分方法及其航天控制应用

针对非线性最优控制导出的Hamiltonian系统两点边值问题,提出一种以离散区段右端状态和左端协态为混合独立变量的数值求解方法, 将非线性Hamiltonian系统两点边值问题的求解通过混合独立变量变分原理转化为非线性方程组求解.所提出的算法综合了求解最优控制 的"直接法"和"间接法"的特征,既满足最优控制理论的一阶必要条件,又不需要对协态初值的准确猜测,避免了求解大规模非线性规划问题. 通过两个航天控制算例讨论了本文算法的精度和效率等问题.与近年来在航空航天控制中备受关注的高斯伪谱方法相比较,本文算法无论是在 精度还是效率上都具有明显的优势.