微分代数系统结构化分析

对工程和科学问题进行建模和仿真的时候,人们常常很自然地会用微分代数系统对这些问题进行描述.为了检验微分代数系统的初始相容性并进行求解,对微分代数系统进行结构化分析非常重要.本文对经典的微分代数系统结构化分析方法进行了深入的研究;提出了一种新的结构化分析方法,可以高效地对大规模、高阶高指标的微分代数系统进行结构化分析,并快速检验其初始相容性;证明了该方法的终止性,分析了其最坏时间复杂度.该方法的关键在于对最大加权二部子图的使用,而最大加权二部子图则来源于原始系统的加权二部图.实验结果显示,该方法能高效地完成对微分代数系统的结构化分析.     

一类非线性微分代数子系统的逆系统控制及应用

对于指数1且关联可测的非线性微分-代数子系统,研究其逆系统控制方法,并将结果应用于电力系统元件分散控制.首先描述了此类非线性微分-代数子系统的物理背景和系统特性,并给出了非线性微分-代数子系统的α阶积分右逆系统和可逆的定义;然后给出了一种递归算法,以此来判别被控系统的可逆性,并构造出由状态反馈和动态补偿实现的α阶积分右逆系统,实现了复合系统的线性化解耦;最后针对多机电力系统中的一台同步发电机,应用所提出的方法研究其励磁控制电压问题.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于微分动态逻辑的铁路道口控制分析

利用微分动态逻辑对铁路道口控制进行形式化分析与建模.在火车从发送接近信号到进入道口的运动过程中,根据火车到达道口时间上的要求,将火车速度控制问题抽象成一个混成系统的安全性性质,用微分动态逻辑来描述,并使用混成系统证明工具KeYmaera对系统的安全性进行验证,以实现对火车进入道口前速度的正确控制.     

面向CPS时空约束的资源建模及其安全性验证方法

信息物理融合系统CPS(Cyber Physical System)是在环境感知的基础上,集合物理与计算的系统,可以实现与环境的智能交互.CPS信息物理空间的不断变化对CPS资源安全性造成一定的挑战.因此,如何研究这一类由时空变化而导致的CPS资源安全性问题成为关键.本文针对该问题提出了面向CPS时空约束的资源建模及其安全性验证方法.首先, 在TCSP(Timed Communicating Sequential Process)的基础上扩展资源向量,提出时空资源通信顺序进程DSR-TCSP(Duration-Space Resource TCSP),使其能够描述CPS拓扑环境下的资源;其次,从时空约束的资源安全性需求中获取时间安全需求,通过DSR-TCSP的时间属性验证算法对时间安全需求进行验证;再次,将满足时间安全需求的模型转换为偶图与偶图反应,并输入到偶图检验工具BigMC中,验证其物理拓扑安全需求,对没有通过验证的反例,修改DSR-TCSP模型,直至满足所提出的安全需求;最后,通过一个驾驶场景实例,验证该方法的有效性.     

基于Petri网的CPS系统安全量化分析模型

随着信息物理融合系统（CPS）的广泛应用,安全性已成为其研究的核心问题。由于CPS离散计算过程和连续物理世界交织的特性,传统的安全分析方式不能直接适用。通过将博弈理论和Petri网建模方法进行结合,提出一种GHPN方法对CPS系统建立量化的安全分析模型,该模型既能适用CPS离散连续混合结构的模型刻画,又可合理模拟系统攻防双方行为,基于最终生成的模型从系统可靠性、脆弱性、风险后果等方面进行安全分析。通过对飞机空中避撞系统的实例研究,表明该模型和分析方法的有效性。     

非线性微分——代数系统的输出反馈镇定控制

对满足线性增长条件的非线性微分--代数系统, 研究了其输出反馈镇定控制问题. 通过将状态观测器与控制器耦合在一起设计, 构造出一种非初始化的线性高增益状态观测器, 具有良好的鲁棒性. 基于反推设计方法构造出一个线性的动态输出补偿器, 使得整个闭环系统是渐近稳定的. 仿真结果验证了本文所提控制方法的有效性.     

微分代数系统的无源性

考察了微分代数系统的无源性的控制问题.提出了微分代数系统无源的定义以及KYP特性的定义.利用类似微分几何理论的方法,通过引入微分代数系统的M导数,推出了微分代数系统无源与KYP特性等价的定理和微分代数系统无源性的充分必要条件.最后给出了无源控制器存在的条件.M导数的方法可以看作是L导数方法的延伸.本文所获得的一系列结果,使来自于物理系统的无源概念与控制理论有机结合起来.     

基于广义生物经济系统的混沌控制

基于一类广义生物经济系统,研究离散微分代数系统的混沌及混沌控制问题．首先提出一种基于混沌微分代数系统的直线稳定化方法;然后将该方法应用于一类具有混沌现象的广义生物经济系统,并设计了状态反馈控制器,将混沌轨道稳定到理想的目标轨道,实现对混沌种群的控制;最后通过仿真结果证明了该控制方法是行之有效的．     

逻辑系统的代数状态空间方法的基础、现状及其应用

逻辑系统指自变量只取有限个值的动态系统.包括2值的经典逻辑(或布尔逻辑)、k值逻辑、(一般)有限值逻辑.近年来,利用矩阵半张量积发展起来的逻辑动态系统的代数状态空间方法得到长足的进展和普遍的重视.同时,它被广泛应用于许多工程问题或理论研究中.它类似于Rn上由微分或差分方程描述的动态系统的Kalman状态空间方法,为逻辑系统的分析与控制设计提供了一个便捷的平台.本文首先对该方法作一简要介绍,然后,对该新兴学科分支的现状作一评述.最后,详细介绍该方法目前的应用以及其更广泛的应用前景.     

面向CPS时空性质验证的混成AADL建模与模型转换方法

随着信息物理融合系统CPS(cyber physical system)研究的深入,CPS的安全性问题越来越受到人们的广泛关注,如何验证CPS时空不一致的安全性问题已经成为研究热点.针对该问题,提出了面向CPS时空性质验证的混成AADL(architecture analysis&design language)建模与...