输入非线性广义预测控制系统的吸引域分析与设计

对输入非线性包括输入饱和与Hammerstein非线性的系统,采用两步法广义预测控 制(TSGPC)策略.首先不考虑输入非线性,采用线性GPC求解期望的中间变量,然后采用 解方程的方法处理Hammerstein非线性并用解饱和方法满足饱和约束.将TSGPC转化为状 态空间描述,研究该控制策略的吸引域问题.将吸引域的求解化为迭代求解的优化问题,给 出了求解算法和满足给定吸引域要求的控制器的调整方法.通过仿真验证了理论结果.     

输入非线性系统的两步法预测控制的鲁棒稳定性

针对具有不确定性和输入饱和约束的Hammerstein模型,采用两步法预测控制器,首先不考虑约束、非线性和不确定性,得到一个期望的中间变量．然后通过求解非线性代数方程组来处理非线性并通过解饱和来满足约束．采用Lyapunov方法得到了指数稳定条件,并给出了吸引域的计算和调整方法．最后通过仿真实例验证了稳定性结果．     

约束Hammerstein系统输出反馈非线性预测控制

针对具有状态、输入和中间变量约束的Hammerstein系统,采用两步法控制策略,给出一种新的可保证闭环系统指数稳定的输出反馈非线性模型预测控制算法.基于Hammerstein系统的特殊结构,结合状态观测器给出无约束线性环节的输出反馈最优控制律,通过滚动优化一有限时域的约束优化问题计算实际控制量.给出保证闭环系统指数稳定的充分条件.以工业双环管聚丙烯装置牌号切换控制为例进行仿真,仿真结果验证该算法的有效性和实用性.     

基于Popov定理的输入非线性广义预测控制系统的稳定性分析

对存在输入饱和约束和输入可逆静态非线性的系统,采用两步法广义预测控制策略. 首先用线性广义预测控制策略得到中间变量,代表期望的控制作用,然后用解方程方法补偿可逆 静态非线性并用解饱和方法满足饱和约束,得到实际的控制作用.两步法计算简单,特别适用于 快速控制的场合.将该控制系统闭环结构转化为静态非线性增益反馈结构,利用Popov定理分 析了该系统的闭环稳定性,得到了稳定的充分条件,并具体给出了有效的控制器参数确定算法使 得稳定性结论具备实用的价值.给出了算例验证了稳定条件.     

约束Hammerstein系统输出反馈非线性预测控制

针对具有状态、输入和中间变量约束的Hammerstein系统,采用两步法控制策略,给出一种新的可保证闭环系统指数稳定的输出反馈非线性模型预测控制算法。基于Hammerstein系统的特殊结构,结合状态观测器给出无约束线性环节的输出反馈最优控制律,通过滚动优化一有限时域的约束优化问题计算实际控制量。给出保证闭环系统指数稳定的充分条件。以工业双环管聚丙烯装置牌号切换控制为例进行仿真,仿真结果验证该算法的有效性和实用性。     

受饱和输入约束的非线性系统滑模自适应控制

利用神经网络和滑模控制,研究带有饱和输入的一类非线性系统。为了便于问题分析,引入饱和约束模型输出与控制输入的差值这个变量,分5种情况讨论,求得神经网络权值的在线调节律,得到保证闭环系统稳定的控制律。利用Lyapunov函数,证明了闭环系统的稳定性;仿真实验说明了算法的有效性。     

具有非线性映射能力的高性能联想记忆模型

通常的联想记忆模型的联想性能由于受到输入模式间交叉相关项的影响而有所下降，并且在输入与输出之间缺乏非线性映射能力。本文介绍一种高性能联想记忆模型，它将低维输入向量映射到一个高维的中间向量，从而提高了系统的联想能力，又使系统具有非线性映射能力，最后给出了几种推广。     

一类非线性系统的变结构控制

给出了类似于单变量系统的多输入非线性系统的规范型，以及系统可化为这种形式的充分必要条件。针对化为规范型的非线性系统，讨论了对其实施变结构控制问题。     

串联系统的多前馈-反馈广义预测控制

为了充分利用对象的可知信息以实现串联系统的最优控制，提出了串联系统的多前馈-反馈广义预测控制算法，该算法把系统的可知外部扰动作为系统的多输入变量，把可测量的中间变量作为系统的多输出变量，运用多变量广义预测控制的思想给出了算法的控制结构。实现了前馈控制与反馈控制的有机结合，仿真结果表明，该算法能极大地改善串联系统的抗干扰性和鲁棒性。     

单输入/单输出非线性系统的状态观测器设计*

本文提出了一类非线性系统的状态观测器设计方法，针对单输入／单输出非线性系统，首先通过非线性状态变换，把原非线性系统变换成简单的中间非线性模型；然后对该简单的中间非线性模型设计稳定的常增益状态观测器，从而经状态逆变换得到原非一系统的非线性状态探测器，最后通过一倒立摆非线性系统的仿真研究说明了该方法的有效性和可行性。     

对象族拓扑约束求解的研究

针对当前对象族模型在求解拓扑约束时存在的缺陷,提出一种求解拓扑约束的新方法,这种方法在求解拓扑约束时,把拓扑约束映射为布尔约束满足问题,通过用SAT求解器求解布尔约束来求解拓扑约束。实践证明,该方法不仅直接关联与拓扑约束指定的特征的语义,而且当模型中存在大量相交的特征时也是可行的,提高了拓扑约束求解的效率。     

Constructive Negation of Arithmetic Constraints Using Dataflow Graphs

A system which extracts a dataflow graph from sets of arithmetic constraints is described. This information is used to simplify constraints and to extract positive information from negations of constraints. The context for this work is a Prolog implementation where intervals are used to represent the underlying arithmetic variables. The system uses simple information about the existence of solutions of primitive constraints to derive the dataflow graph. This makes the system easily extensible to new primitives and domains. A practical implementation over both real and integer arithmetic is described and an extended example of its application given.     

含不等式约束的欠驱动系统约束跟随控制

在运动控制领域, 欠驱动机械系统通常需要满足一系列的等式约束(完整或非完整的)以便获得较好的运动 表现, 同时出于安全考虑还需要满足一定的不等式约束条件. 本文提出了一种约束跟随控制方法, 用以解决同时含 等式和不等式约束的欠驱动系统控制问题. 该控制设计主要分为两步: 第1步: 只考虑系统需要满足的等式约束, 运 用约束跟随控制方法推导出基于系统模型的状态反馈控制律; 第2步: 考虑系统需要满足的不等式约束, 先通过状 态变量映射将不等式约束整合到原等式约束中以得到新的等式约束, 再基于新的等式约束和第1步所述的约束跟随 控制方法, 推导出系统所需的状态反馈控制律. 将该约束跟随控制方法应用于三自由度非线性强耦合的欠驱动平面 垂直起降(PVTOL)飞行器. 仿真结果表明, 该控制方法能有效处理PVTOL飞行器运动过程中需满足的等式约束(轨 迹跟踪和姿态保持)和不等式约束(边界服从).     

通讯访问约束条件下线性随机系统的状态可估计性

本文从信息论的视角考察了线性离散随机系统在访问约束情况下的可估计性问题.针对系统中存在的访问约束所带来的通讯冲突现象,采用一个二值向量函数描述系统中各个输出信号的通讯状态.针对这类对象,根据由互信息定义的可估计性概念,讨论了访问约束系统的状态估计问题,得出了在输出检测信号传输存在访问约束情况下的状态可估计性条件,解析分析和仿真结果表明,存在合理的通信序列,使得系统在访问约束情况下,能够保持其状态可估计性.本文还证明了在访问约束条件下随机系统的可估计性和相应的确定性系统的能观性之间的等价关系.     

一种多约束下无人机编队的模型预测控制算法

针对多无人机在编队飞行过程中需满足机间避碰、通信、避障等约束的问题,设计一种考虑多约束的分布式模型预测控制算法,使无人机编队在满足上述约束的前提下,实现轨迹跟踪、队形保持.首先,在不考虑通信时延、外界干扰、噪声的情况下,以四旋翼为控制对象,建立线性时不变的单机及编队运动模型;然后,在考虑状态约束、输入约束、机间避碰、机间通信、避障等多种约束的情况下,以轨迹跟踪、队形保持为控制目标,基于虚拟领航策略设计一种分布式模型预测控制算法;接着,对优化问题的可行性以及编队系统的渐近稳定性进行分析,其中算法的终端部分设计、相容性约束设计是保证系统稳定的关键;最后,利用6架无人机仿真验证所提出控制算法的有效性.     

基于活动约束系统的变量化设计

在变量化设计过程中设计对象可以看作是一个几何约束系统,这个系统由几何元素以及作用于几何元素之间的各种约束关系构成。一个复杂的设计对象所对应的几何约束系统往往包含大量几何元素和约束关系,如果不加区别地把所有的几何元素和约束关系纳入变量化求解的范围,则很难满足交互设计的需要。而另一方面几何约束系统又往往是稀疏系统：（1）作用于任一几何元素的约束很少;（2）与任一约束相关的几何元素很少。基于这一事实给出了一种预处理策略从原始几何约束系统中搜索得到一个规模较小的活动约束系统,变量化求解在活动约束系统上进行。该方法已在自行研制的参数化造型系统GEMS5．0中实现。     

On the first-order estimation of multipliers from Kuhn–Tucker systems

The minimization of a nonlinear function with linear and nonlinear constraints and simple bounds can be performed by minimizing an augmented Lagrangian function that includes only the nonlinear constraints subject to the linear constraints and simple bounds. It is then necessary to estimate the multipliers of the nonlinear constraints and variable reduction techniques can be used to carry out the successive minimizations. The viability of estimating the multipliers of the nonlinear constraints from the Kuhn–Tucker system is analyzed and an acceptability test on the residual of the estimation is put forward. The computational performance of the procedure is compared with that of the inexpensive Hestenes–Powell multiplier update.Scope and purposeIt is possible to minimize a nonlinear function with linear and nonlinear constraints and simple bounds through the successive minimization of an augmented Lagrangian function including only the nonlinear constraints subject to the linear constraints and simple bounds. This method is particularly interesting when the linear constraints are flow conservation equations, as there are efficient techniques for solving nonlinear network problems. Regarding the successive estimation of the multipliers of the nonlinear constraints there is some doubt as to whether using the Kuhn–Tucker system could improve upon the inexpensive Hestenes–Powell update, especially considering that the Kuhn–Tucker system with partial augmented Lagrangians may not always lead to an acceptable multiplier estimation. Clarifying the computational efficiency of the multiplier update when there are linear or nonlinear side constraints is also a necessary previous step regarding the comparison between partial augmented Lagrangian techniques and either primal partitioning techniques for linear side constraints or projected Lagrangian methods in the case of nonlinear side constraints.     

几何约束满足的统一模型

几何约束满足是参数化设计中的中心问题,研究了陈述和构造统一的约束满足策略,通过将冗余约束转化为形状自由度的方法解决了构造序列的约束闭环问题,采用剪枝和凝聚相结合的策略实现了欠约束和完备约束系统的分解,并在参数化设计与绘图系统ＭＤＳ４．０上实现。     

通用几何约束系统统一建模研究

在几何约束和几何实体的基本约束和欧拉参数表达的基础上,研究了通用几何约束系统的统一建模问题。通过对三维几何实体姿态约束和位置约束解耦性的分析,抽象出球实体、盒体和球盒体三种基本几何实体表达空间几何实体,并以基本约束的组合表达几何约束,形成几何约束模型特有的层次结构;并以有向图管理几何约束系统,可以清晰地反映姿态约束和位置约束的解耦性,实现约束系统的细粒度分解,得到规模更小的求解序列,实现高效求解。方法实现于原型系统WhutVAS中。     

三维装配约束推理的球面几何和球面机构法

分析了装配姿态约束和位置约束的可解耦性,提出求解姿态约束的球面几何和球面机构法.将姿态约束的组合分为可操作和不可操作的情形,可操作的情形利用简单的球平面中平移、旋转和刚性变换推理,快速地判定冗余约束和求解约束;不可操作的情形利用球面四杆机构求解.该方法具有很强的几何解释性和可操作性,降低求解复杂度.该方法在自主研发的CAD浏览器系统InteVue中实现.