约束非线性系统多变量最优控制研究

近年来，非线性规划算法在最优控制领域中正受到越来越多的关注。该文深人研究并实现了一种新的非线性规划算法——FSQP算法，该算法具有所有迭代点均处于可行域之内、收敛速度较快的特点。提出了一种基于FSQP算法的约束非线性系统最优控制方法。然后，运用该方法解决了带有约束的复杂非线性系统的多变量时间最优控制问题，并通过计算机仿真表明了该控制算法的可行性和良好的控制效果。     

带有持续扰动非线性系统的前馈-反馈最优控制

研究具有外界持续扰动作用下非线性系统的最优控制问题,提出了一种设计前馈一反馈最优控制器的逐次逼近算法．利用该算法可将在扰动作用下的非线性系统的最优控制问题转化为求解线性非齐次两点边值序列的问题．得到的最优控制律由解析的线性前馈-反馈项和伴随向量序列极限形式的非线性补偿项组成．通过截取非线性补偿序列的有限项,可得到前馈-反馈次优控制律．仿真结果表明,该方法抑制外部持续扰动的鲁棒性优于经典反馈最优控制．     

基于吊车一双摆系统的可拓控制仿真研究

在现有的可拓控制器的结构及算法基础上提出了一种基于最优控制理论的改进的可拓控制算法(LQR-EC),并应用于吊车一双摆这一单入多出系统.借助MATLAB仿真平台对其控制效果进行仿真研究.结果表明,LQR-EC算法具有原理简单、响应快速稳定等特点.     

基于参数化最优的仿人机器人倒地运动控制

针对仿人机器人的倒地运动控制,用经典的参数化优化方法求得最优控制函数的一个近似解．然后, 利用参数化控制及强化技术,基于几个分段的常数去逼近最优解,再将最优控制问题转化为一系列参数优化问题． 利用该方法提出了仿人机器人倒地优化控制算法,并与遗传算法进行了比较．最后,通过仿真对算法进行了验证．     

带正弦干扰的线性时滞系统的次优控制

研究状态变量含有时滞的线性系统在正弦干扰下的前馈反馈次优减振控制问题，首先构造其解收敛于原时滞系统的无时滞系统序列；然后将时滞系统的最优控制问题化为无时滞系统的最优控制序列问题；最后通过截取最优控制序列解的有限项，得到系统的前馈反馈次优控制律，仿真结果表明，该方法抑制正弦干扰的鲁棒性优于经典反馈最优控制。     

受扰线性离散系统的前馈2反馈最优控制

研究具有已知动态特性但未知初始条件的持续外界扰动的线性离散系统最优控制问题。给出了前馈一反馈最优控制律的存在唯一性条件，并提出了最优控制律的设计算法．通过降维扰动观测器解决了前馈一反馈最优控制律的物理不可实现问题．对近海结构物振动控制的实例仿真表明，该设计算法易于实现，在抑制外部持续扰动和鲁棒性方面优于经典的状态反馈最优控制。     

基于迭代LMI的直升机协调转弯控制律设计

线性二次型控制是一类以线性系统为被控对象,以二次型泛函指标为性能指标的最优控制技术.由于标准最优控制算法具有一定的保守性,在运用线性矩阵不等式的控制理论的基础上,提出了一种迭代算法用于反馈阵的求解.以某型直升机为例,针对协调转弯侧滑过大问题,设计了最优控制与经典PID相结合的控制律结构.然后对选取的直升机典型状态进行了数字仿真.仿真结果表明,通过迭代线性矩阵不等式(ILMI)算法设计的协调转弯控制律,很好地消除了侧滑,取得了满意的控制效果.     

动态控制场下一种改进的量子最优控制

结合量子系统的自身特点,针对直接将经典最优控制应用到量子系统中所存在的可靠性不高、收敛速度较慢等问题,借助于动态迭代控制场提出了一种更高效、收敛性更好的单调收敛的改进量子最优控制算法(IQOCT)。通过系统仿真实验,对控制场权值、收敛速度以及迭代步进参数之间的关系作了详细的分析。结果表明,与一般最优算法和共轭梯度算法相比,改进算法在可靠性和收敛速度等方面都有明显提高。     

受扰非线性离散系统的前馈反馈最优控制

利用逐次逼近法研究含外部扰动的非线性离散系统的线性二次型前馈反馈最优控制问题.首先将系统的最优控制问题转化为非线性两点边值问题族.其次,构造了该问题族的由精确线性项和非线性补偿项组成的解序列,并证明了解序列一致收敛到系统的最优解.最后,通过截取最优控制序列解中非线性补偿项的有限项,得到系统的前馈反馈次优控制(FFSOC)律及设计算法.仿真算例表明,该算法容易实现,且对抑制外部扰动的鲁棒性优于经典的反馈次优控制(FSOC).     

基于泛布尔代数的升船机结构逻辑控制研究

以抑制升船机结构的地震鞭梢效应为研究目标,根据升船机结构振动控制的相关经验,确立了泛布尔代数逻辑控制规则,完成了一种逻辑控制算法的设计。将该算法应用于现有的升船机结构模型的控制,成功运用Matlab/simulink进行了算法仿真,并对仿真结果进行了比较分析。仿真结果表明,基于泛布尔代数的逻辑控制方法控制简单、灵活、方便、有效,该逻辑控制算法适合典型的升船机结构,具有明显的抗震减震效果,达到了升船机结构抗震控制的工程要求。     

有限时间信息融合线性二次型最优控制

针对有限时间线性二次型最优控制问题, 提出了一种新的求解方法—–信息融合估计方法. 基于线性最小方差估计准则下的融合估计理论, 通过融合期望状态轨迹、理想控制策略等软约束信息, 分别采用集中式融合和序贯式融合两种信息处理方法, 求得最优状态调节器问题的最优融合控制序列. 进一步从理论上论证了序贯式融合控制方法与传统最优控制方法的一致性, 并通过直流电机系统的数值仿真也验证了集中式和序贯式融合控制方法 与传统最优控制方法的等效性, 从而统一了最优估计与最优控制问题, 并为最优控制问题提供了一种新的求解方法.     

基于SQP算法的7000m载人潜水器有约束非线性控制分配研究

以7000m载人潜水器为研究对象，分析了潜水器的推进系统，并给出了6自由度推力转换模型，重点讨论了载人潜水器控制分配的优化问题．结合7000m载人潜水器的推进器布置和推进器特点，设计了优化准则代价函数，采用序列二次规划（sequential quadratic programming，SQP）算法求解了载人潜水器的非线性控制分配问题，通过半物理仿真平台实验验证了本文提出的控制分配算法的正确性和有效性．     

Practical-optimal control of a drum boiler power plant

Multivariable control of power plants has been studied by many researchers and also a number of practical applications have been presented in the last few years with the aim of improving the load following capabilities of thermal units. This paper summarizes the main results of an experimental application of optimal control to a drum boiler power plant at the Italian national electricity board. Referring to a previous work for the process model building, first a model reduction is performed with the main purpose of getting a simplified control structure. Then, an optimal regulator including feedforward and integral control is synthesized and some practical drawbacks of the synthesis are discussed with referrence to traditional control schemes leading to a reformulation of the optimal regulator which, while conserving optimality, exhibits a number of practical advantages and improved robustness against typical plant parameter variations. Since the motivation of the control structure reformulation is mostly derived from experimental results, field trials are reported where the performances of a well tuned coordinated control, of the classical optimal regulator and of the reformulated optimal control structure are compared. Perspectives of future industrial applications are briefly discussed in the conclusions.     

具有条件马尔科夫结构的离散随机系统最优控制

基于Bellman随机非线性动态规划法, 提出了具有条件马尔科夫跳变结构的离散随机系统的最优控制方法, 应用随机变结构系统的性质对最优控制算法进行了简化处理, 并将后验概率密度函数用条件高斯函数来逼近, 针对一类具有条件马尔科夫跳变结构的线性离散随机系统, 给出了其逼近最优控制算法.     

Time/fuel optimal control of constrained linear discrete systems

A unified approach to solving three common optimal control problems is presented, for linear systems under general constraints. The problems are: (1) the time optimal control problem; (2) the fuel optimal control problem in fixed time; (3) the time optimal control problem with a fuel constraint. A special purpose linear programming algorithm is used. State variable constraints are efficiently handled by a cutting plane algorithm. An example of a sixth order system with two inputs and two state variable constraints illustrates the method as implemented on a personal computer.     

线性最优调节器二阶工程设计法及应用

本文利用文[1]结论，给出一种实用线性最优调节器二阶工程设计法．该设计法建立了古典控制意义上的系统性能指标与二次型性能指标的关系．并给出解析其式，提出二阶最优参数域的概念．通过轧机综合最优控制系统的设计和实验，验证了该方法在工程设计中的可行性．     

基于控制参数化的注塑工业过程最优反馈控制方法

本文针对一类典型的注塑工业过程系统, 研究了注塑填充过程中产生的熔体流动速度最优跟踪控制问题, 提出了一种基于控制参数化的计算最优反馈控制器设计方法以实现注塑过程中熔融聚合物流动前沿位移的最优跟 踪控制, 进而达到改善注塑零件性能的高效生产目标. 首先, 面向注塑工艺复杂生产过程建立了动态过程系统数学 模型, 提出了注塑机内部熔融聚合物流动前沿位置的动态最优跟踪控制问题; 其次, 设计了一种多级反馈控制律, 通 过控制参数化方法将控制反馈核进行了参数化表示, 将控制器设计问题转化为一序列最优参数决策问题; 然后, 通 过状态灵敏度方程分析方法, 求解出了目标函数及约束条件关于决策变量参数梯度信息的显式表达式, 并基于所提 供的梯度信息结合序列二次规划算法进行了高效优化迭代求解; 最后, 通过实验仿真验证了本文所提出的最优反 馈控制器设计方法的可行性和有效性.     

基于控制周期计算的锌液净化除铜过程优化控制

净化除铜过程是锌直接浸出冶炼工艺中硫酸锌溶液净化的第1个步骤,其效果直接影响着后续工序的正常进行以及最终锌产品的质量.本文针对除铜过程中控制周期与锌粉添加量不确定性,造成出口铜离子浓度波动大及锌粉浪费等问题,研究基于控制周期的除铜过程锌粉添加优化控制方法.首先通过分析反应器中氧化还原电位(oxidation-reduction-potential,ORP)与锌粉的时序变化关系计算除铜过程反应响应时间,然后分析响应时间的统计特性,从而确定锌粉控制周期.在确定控制周期的基础上,采用基于控制周期的固定节点控制参数化方法,从而将最优控制求解问题转化为非线性规划问题.最后,采用状态转移算法对该非线性规划问题进行求解.采集工业现场数据进行实验证明了该优化控制方法的有效性,为类似的净化过程的优化控制提供了新思路.