基于遗传算法的环形二级倒立摆LQR控制

在环形二级倒立摆系统中,基于线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)理论,探讨了控制器中的加权矩阵Q和R的选择策略,针对试探法选取Q和R矩阵所带来的不足,提出采取智能控制算法进行寻优的问题.从控制效果出发,采用遗传算法对Q和R矩阵进行优化.算法首先选取二次型性能指标J作为个体适应值,改进了初始种群的选取,用不等长度的基因来编制算法.由理论分析和MAT-LAB仿真结果可知,该算法满足了控制指标要求,使上下两级摆杆阶跃响应的超调量减少了14%,运行实验同样实现了摆杆和水平连杆的良好控制效果,理论与实践均表明了该优化方法的有效性.     

振动主动控制中线性二次型最优控制问题研究

针对空间柔性构件的特点,研究了一类由柔性杆、传感器、压电扭转致动器组成的柔性杆系统的扭转振动.运用拉格朗日方程和假设模态法建立了系统的动力学方程,采用线性二次型最优控制对柔性杆的扭转振动进行了主动控制.对二次型指标中的加权矩阵的选择方法进行了深入探讨,提出一种基于遗传算法并带约束条件的加权矩阵的选择方法.数值仿真结果表明,所提出的加权矩阵的选择策略是有效的,施控后系统的扭转振动能得到有效衰减.     

零航速减摇鳍改进自适应神经元控制

针对零航速减摇鳍系统使常规PID控制方法难以获得满意的减摇效果这一问题,研究了一种改进自适应单神经元控制器,在不增加神经元结构复杂性的同时,提高了其非线性处理能力.为降低对零航速减摇鳍驱动伺服系统功率的要求,借助最优控制中的二次型指标思想,对神经元参数进行在线自适应调整,实现了对驱动功率的间接约束.证明了在该控制方法下系统的Lyapunov稳定性,并在不同海情下与常规PID控制方法进行模拟比较,展示出该方法解决零航速减摇鳍输入非线性控制的优越性。     

船舶双水舱减摇系统设计与仿真研究

为了使船舶在固有频率变化时也有好的减摇效果,研究了双水舱减摇系统.使用2个具有不同固有频率的被动式U型减摇水舱能给横稳心高变化范围很宽的船舶提供很好的减摇效果.在建立船舶—双水舱系统模型的基础上,介绍了一种设计双水舱系统的方法,并以一艘滚装船为例,分析设计了一套双水舱系统,并且对装备了单被动式水舱和双被动式水舱的船舶横摇响应进行了仿真分析,通过仿真结果验证双水舱系统相对单水舱系统具有更好的减摇效果.     

基于遗传算法权值优化的汽车悬架最优模糊控制

结合车辆非线性主动悬架系统数学模型,首先设计出悬架系统的线性二次型整定（LQR）最优控制器,其中控制器的加权系数利用遗传算法优化搜索获得,然后设计悬架系统的模糊控制器,进而开展LQR最优控制、模糊控制以及两者并联结合的复合控制方法对比研究．利用遗传算法对加权系数进行搜索优化,可有效解决传统LQR控制器加权系数不易确定的问题．该复合控制方法可获得相比单一控制方法更优的悬架系统控制效果,在车辆不同行驶工况条件下,能进一步降低车身垂直振动加速度、悬架动挠度和轮胎形变,明显提高了汽车的行驶平顺性和操纵稳定性．     

利用遗传算法优化线性二次型调节器（LQR）

利用遗传算法对线性二次型调节器进行优化设计,以寻找最优控制指标中状态变量与输入变量加权矩阵的最优解,仿真结果表明,利用此方法不仅可以得到满足要求的全局最优解,而且该方法的简便易行也是传统设计中依赖人工调节所无法比拟的。     

线性最优控制系统加权矩阵的仿真研究

对于同一种控制对象设计最优调节器时 ,二次型指标中加权矩阵Q和R的选择不同 ,系统的动态性能也不一样 .为使所设计的线性最优控制系统更好地适应生产实际需要 ,对二次型指标中的Q阵和R阵进行计算机仿真研究 ,研究表明 :Q固定时 ,R中的相应元素增大 ,系统的上升时间与稳态误差减小 ,而超调量和过渡过程时间增大 ;R固定时 ,Q中的相应元素增大 ,系统的上升时间与稳态误差增大 ,而超调量和过渡时间减小 ,说明Q和R阵的选择对系统动静态指标的影响遵循一定的规律 ,可根据实际系统要求选择合适的加权矩阵 .     

基于遗传算法的传感器优化布置

为解决空间网格结构模态测试中的传感器位置优化布置问题,提高采集数据信息的完备性,采用遗传算法优化传感器布置位置.在解的编码过程中采用二维数组,每一行存储一个可行解;采用强制变异避免遗传算子操作过程中出现同一个位置重复布置的问题.为了提高收敛速度,将基于模态矩阵QR分解的传感器优化布置结果作为第一代父群.对单层球面网壳进行优化计算后,将基于遗传算法的优化结果和QR分解得到的结果进行了应变能指标和相关性矩阵(MAC)的比较,发现前者不仅在应变能指标有大幅度的提高,而且相关性矩阵也有相应改善.     

桁架桥梁抗震作动器的优化布置及二次型最优控制

研究桁架桥梁结构在地震作用下以较少的作动器达到最优控震效果,提出了采用遗传算法对桁架桥梁结构抗震作动器进行优化布置的最优控震策略.通过建立桁架桥梁结构有限元模型,利用遗传算法对结构进行了优化,得到了相对最优的作动器数量和相应位置.利用传统二次型最优控制算法计算出抗震作动器的最优控制力.通过实例模拟了多种地震输入情况下桁架桥梁的动态响应.仿真结果表明:应用遗传算法对钢桁架桥梁结构中作动器进行优化配置后,结构的控震效果优于作动器随机布置方式.钢桁架桥梁结构控震效果随遗传代数增加而显著增强.     

基于遗传算法优化的虚拟机舱协作智能评估

为满足机舱资源管理的特殊要求,针对传统的轮机模拟器存在的问题,提出了任务型协作训练模式和基于遗传算法优化的智能评估方法。该方法包括建立驾机联动模拟的评估知识库;构造评估指标隶属度函数库和不同需求下的优化目标函数;采用熵权法和历史评估数据动态调整评估指标的权重并利用遗传算法优化;根据实时的系统参数检测结果和隶属度函数得出模糊关系矩阵;经多重模糊综合评判得出评估结果。在实例中对遗传算法优化的效果进行了对比分析。结果表明:评估结果比较客观,误差最小;提出的训练模式和评估方法科学合理,尤其是对于缺少实船服务经历的学员具有一定的实用价值。     

基于载波相位的GPS码伪距平滑算法设计

文中给出了全球定位系统接收机可获取观测量的误差估计,基于此讨论了平滑算法的性能。平滑算法的精度与接收机性能,权重因子和平滑递归的次数有关。给出了载波相位平滑伪码伪距的具有最快的噪声对消的递归算法结构,并且对其性能进行了评估。当递归次数大于100,码伪距和载波相位的测量精度分别为5.6m和5mm时,具有最优加权系数的平滑算法可提供优于30cm的伪距测量精度。     

离散时间系统控制作用的最优分布

本文通过对离散时间系统最优控制的性能指标分析,给出了性能指标对控制作用设置矩阵的灵敏度分析方法及性能指标增量计算方法。应用上面结果,本文提出了控制作用最优分布的设计思想,解决了多点控制作用中控制作用设置的优化分布问题。     

串联机械臂结构优化方法

为解决串联机械臂结构优化问题,提出一种基于工作空间和能量消耗综合指标的机械臂结构优化方法.该方法在机械臂原有结构设计的基础上,以满足原有全局性能指标约束为前提,以机械臂工作空间和特定工作区域上的能量消耗为性能指标,利用遗传算法优化机械臂结构参数,使优化后的机械臂不但具有原设计工作空间特性,而且运行能量消耗最优;推导了基于工作空间和能量消耗的综合性能指标计算方法,并给出基于实数编码遗传算法的机械臂结构优化算法.在某6R型串联机械臂结构优化上的应用结果表明：该机械臂结构优化方法能有效地优化机械臂结构,减小运行能量消耗,优化结果能够满足预定工作空间特性约束.     

基于粒子群的压电结构多目标同步优化控制

为了分析压电智能结构振动主动控制中结构与控制的耦合特性,克服现用优化算法的复杂性,以压电智能梁结构为研究对象,运用粒子群优化方法对传感器与作动器分布和反馈控制增益进行同步优化.选用储存能量和控制能量最小以及振动衰减最快的多重性能指标作为优化目标函数,找出了针对特定振动模态下的最佳贴片位置与控制增益,分析了压电片长度和数量对控制效果的影响.运算结果表明,与传统遗传算法相比,粒子群具有编程简单、计算量小、收敛速度快等优点.仿真结果显示,基于粒子群同步优化后的结构振动控制效果明显,验证了该方法的可行性.     

基于干扰矩阵重构的稳健自适应波束形成算法

针对较高信噪比下自适应波束形成性能退化问题,提出了一种基于干扰噪声协方差矩阵重构的新型稳健自适应波束形成算法。利用空间谱估计方法重构出不含期望信号的干扰噪声协方差矩阵,保证了高信噪比时波束形成器的输出增益;并基于信号子空间与干扰子空间的正交性建立了期望信号导向矢量估计的约束条件,以求解出近似最优的权值矢量。理论分析和仿真结果表明,当存在随机指向误差和局部散射时,该算法在较大输入信噪比范围内的性能仍接近最优,较现有算法稳健性更强。     

应用Boltzmann机实现离散线性二次型动态优化

为了求解线性二次型的动态优化控制问题,提出了一种基于随机神经网络Boltzmann机求解线性二次型动态优化控制问题的方法,将系统的性能指标转化成Boltzmann机的能量函数,将控制序列与网络的神经元相对应,Boltzmann机的稳态对应的就是最优的控制序列.理论研究表明,对于任意时变多变量的线性二次型,都能找到一个相应的。Boltzmann机,它的能量函数与二次型的性能指标等价.仿真试验表明,应用Boltzmann机可实现任意时变多变量系统的线性二次型动态优化控制.     

部分状态可测转子系统振动控制的随机最优策略

建立了受控柔性转子系统在随机激励下的状态空间模型.基于线性二次型高斯控制和Kalman-Bucy滤波器理论，提出了在不完全状态信息条件下，转子系统在白噪声和有色噪声激励下振动主动控制的随机最优策略.以一个双盘悬臂柔性转子 轴承系统为例，通过数值方法研究了在El.Centro地震激励作用下采用随机最优策略对转子 轴承系统进行振动主动控制的有效性，并讨论了在性能指标中不同权函数对控制效果的影响.结果表明，提出的随机最优控制策略能够有效抑制转子系统的振动，控制效果随着与位移和速度相关的权矩阵Q中对应元素的增大而变好，随着与控制相关的权矩阵R中对应元素的增大而变差.     

基于时域性能指标的最优控制系统CAD

本文根据最优控制系统极点配置的思想,提出了一种用计算机仿真寻优来确定二次型指标中Q阵的元素,并根据系统时域性能指标设计最优控制系统的计算机辅助设计方法。文中以某天线控制系统的设计为例,给出了计算机辅助设计的结果。     

Inverse kinematic optimal design of 6-DOF parallel manipulators

To obtain the required articular velocities as lower as possible for the given kinematics of the moving platform, this paper focuses on this kind of articular velocities optimization of 6-DOF parallel manipulators. Based on the inverse kinematic analysis, the H∞ norm of the weighted Jacobian matrix was adopted as the performance index to minimize the articular velocities, and then the optimal design problem was formulated to find a manipulator geometry that minimized the global performance index with the constraints of the workspace and structural parameters limits. Since the optimal design problem is a constrained nonlinear optimization problem without explicit analytical expressions, the genetic algorithm was applied to numerically solve the problem. Simulation results indicate that the articular velocities of the optimal manipulators can be the minimum while the kinematic reauirements of the moving platform are satisfied.     

考虑时域硬约束的T-S模糊系统最优控制

针对带有时域硬约束(控制输入约束和状态约束)的T-S模糊系统,提出了一种基于状态反馈的优化控制算法。在系统初始状态小于某个界的情况下,将性能输出的能量作为优化的性能指标,通过最小化系统的不变椭圆域来实现系统优化控制,同时得到依赖于该不变域的满足时域硬约束的充分条件。该多目标控制问题最后归结为求解在一组非线性不等式约束条件下的优化问题,本文给出了该优化问题的解决方法,并分析了该方法的可行性。在倒立摆系统中应用的仿真结果验证了该方法的有效性。