受限布尔网络发展现状

布尔网络可以简洁有效地描述作用在有限集上的动态离散模型.然而,随着研究的深入以及一些实际问题的需要,传统的布尔网络已经不能满足建模的需求,由此衍生出受限布尔网络,通过矩阵半张量积,该类型的网络可以转化为便于处理的等价代数表示.鉴于此,对受限布尔(控制)网络的来源、受限形式和相关问题,作了概括与总结.对于受限布尔网络中出现的典型问题、规范化与可解性,理清了其发展脉络与研究现状;对受限布尔网络的拓扑结构整理了相关结果.另一方面,在受限布尔控制网络部分,着重总结其能控性的发展现状,将现有的能控性分析方法归为Dimitriy-Michael方法和预反馈方法两大类,并分别介绍其分析过程.总结受限布尔控制网络在设计能控、镇定、最优控制信号等问题中的一些常用方法(输入-状态关联矩阵方法和Floyd算法),以及牵引控制和干扰解耦等其他研究方向.     

状态翻转控制下布尔控制网络的可镇定性和Q学习算法

在给定一个子集的条件下, 本文研究了在状态翻转控制下布尔控制网络的全局镇定问题. 对于节点集的给定子 集, 状态翻转控制可以将某些节点的值从1 (或0)变成0 (或1). 将翻转控制作为控制之一, 本文研究了状态翻转控制下的 布尔控制网络. 将控制输入和状态翻转控制结合, 提出了联合控制对和状态翻转转移矩阵的概念. 接着给出了状态翻转 控制下布尔控制网络全局稳定的充要条件. 镇定核是最小基数的翻转集合, 本文提出了一种寻找镇定核的算法. 利用可 达集的概念, 给出了一种判断全局镇定和寻找联合控制对序列的方法. 此外, 如果系统是一个大型网络, 则可以利用一 种名为Q学习算法的无模型强化学习方法寻找联合控制对序列. 最后给出了一个数值例子来说明本文的理论结果.     

切换奇异布尔网络的稳定性分析

基因调控网络的稳定性分析是系统生物学的研究热点问题之一.本文利用矩阵半张量积方法研究了切换奇异布尔网络的稳定性问题.首先给出了切换奇异布尔网络的代数表示,基于该代数表示,建立了系统解存在唯一的充要条件.然后通过将切换奇异布尔网络转化为等价的切换布尔网络,分别得到了系统在任意切换下稳定以及切换可稳的充要条件.最后给出例子验证所得结果的有效性.     

布尔控制网络的集成集可控

研究一类布尔控制网络的集成集可控性和集成集镇定性问题.首先,利用矩阵的半张量积理论,给出布尔控制网络等价的代数表示;其次,通过自由控制序列研究布尔控制网络的集成集可控性,并给出相应的充分必要条件,对于布尔控制网络的集成集镇定性问题,使其转换为集成集可控性问题,并给出相应的判定定理;最后,给出数值例子说明所提出方法的有效...     

状态和输入受限的切换奇异布尔控制网络的最优控制（英文）

本文研究了状态和输入均受限的切换奇异布尔控制网络的最优控制问题.利用矩阵半张量积方法获得受限切换奇异布尔控制网络的等价代数形式.然后通过类似针变化得到了存在最优控制的必要条件,并且提出了一个算法设计切换序列和控制策略使收益函数最大化.最后给出例子验证所得结果的有效性.     

一类切换系统的输入-状态稳定性分析与优化控制

利用驻留时间法和 Gronwall-Bellman不等式研究了一类切换系统的输入一状态稳定性分析与优化控制问题.在保证切换系统输入-状态稳定的前提下,将切换时刻和切换次数约束条件转化为线性约束,提出了一种新的切换系统优化问题目标函数的形式.与已有的方法相比,该方法无需引入新的状态变量,无需同时满足构造输入-状态稳定控制李亚普诺夫函数和所有子系统都是输入-状态稳定的条件,为控制器的优化设计提供了便利.最后,通过算例仿真证实了文中所提方法的可行性.     

输入受限约束下的汽车横摆力矩混合切换控制策略研究

目前在汽车横摆力矩控制器设计中,往往忽略了系统输入是有限的这一约束条件,因此所设计的控制器并不能总是工作在预先设定的反馈规律下。这在实际环境中将导致系统性能的不可靠。为此,在二次最优控制器的基础上,增加抗饱和控制器的设计,并通过混合切换控制策略来达到既保证良好的控制性能,同时又能适应系统输入有限这一约束条件。仿真实验表明,所设计的控制策略与这些控制器单独控制相比,不仅抗饱和性能得到提高,而且控制性能也同样令人满意。该方案的设计为更加合理的汽车稳定性控制策略提供参考。     

基于牵制控制的切换布尔网络的分布式集合镇定

切换布尔网络是一种典型的网络化控制系统, 在基因调控、信息安全、人工智能、电路设计等领域具有重 要应用. 本文基于牵制控制方法, 研究切换布尔网络在任意切换下的分布式集合镇定问题. 首先, 利用矩阵半张量积 方法,得到切换布尔网络的代数形式. 其次, 基于代数形式, 提出构造性的算法来实现切换布尔网络在牵制控制的 作用下任意切换集合镇定, 并设计出状态反馈牵制控制器. 再次, 利用逻辑矩阵分解技术和分布式控制方法, 设计任 意切换下切换布尔网络的分布式集合镇定控制器, 并提出分布式控制器存在的充分条件. 文中给出3个例子来说明 所获得结果的有效性.     

状态与输入受限的二阶多输入多输出非线性系统自适应控制

针对含有状态和输入受限的二阶多输入多输出非线性系统的控制问题,提出了一种自适应控制策略.通过综合利用障碍Lyapunov函数和动态面控制方法的特性,使得系统的状态满足约束条件而且能够减少计算量.此外,为了处理输入约束和系统中的不确定性的影响,分别设计了辅助系统和自适应算法.通过理论分析表明,闭环系统的所有状态都是有界的,而且系统的状态和输入都满足约束条件.最后,通过一个数值仿真算例和一个实际的航天器姿态控制系统的仿真来验证所提出的自适应控制策略的有效性.     

状态时滞系统的输入多采样最优控制

本文针对离散状态时滞系统，首先将其变形为无时滞形式，设计出最优控制器；然后运用离散提升技术对输入进行多采样，得到扩展的离散系统模型，再运用最优控制技术对扩展系统进行最优设计。最后对系统进行仿真，结果表明，该算法具有较好的控制效果。具有较好的稳定性。     

Feedback control and output feedback control for the stabilisation of switched Boolean networks

This paper presents the feedback control and output feedback control for the stabilisation of switched Boolean network. A necessary condition for the existence of a state feedback controller for the stabilisation of switched Boolean networks under arbitrary switching signal is derived first, and constructive procedures for feedback control and output feedback control design are provided. An example is introduced to show the effectiveness of this paper.     

Controllability and observability of state‐dependent switched Boolean control networks with input constraints

This paper investigates the controllability and observability of state‐dependent switched Boolean control networks (SDSBCNs) with input constraints. First, the algebraic form of SDSBCNs is derived via the semi‐tensor product of matrices. Then constrained model‐input‐state (CMIS) matrices are introduced for SDSBCNs with input constraints. On the basis of CMIS matrices, two necessary and sufficient conditions are provided for the controllability and observability. Finally, two examples are given to show the effectiveness of the main results.     

布尔控制网络的能控性与能观性

利用矩阵的半张量积,布尔控制网络被转化为离散时间系统.本文从离散时间系统的结构矩阵出发,讨论了逻辑控制系统的能控能观性条件,得到了一个新的能控性条件.新的条件简化了原有能控性矩阵的计算复杂性,矩阵的最高阶数由原来的2m+n降到了2n.另外,还得到了检验布尔控制网络能观性的条件.与原有条件相比,新的条件更容易计算检验.最后,给出一个实例,检验给出的能控能观性判断条件的正确性.     

布尔控制网络的输出稳定与镇定

矩阵的半张量积是将逻辑变量转化为向量研究的主要工具.本文利用半张量积把逻辑控制系统表示为离散时间仿射线性系统,在逻辑系统的状态空间框架下研究了以布尔控制网络为代表的逻辑动态系统的输出稳定与镇定.首先给出布尔网络输出稳定的定义,研究了布尔网络输出稳定的充要条件;其次讨论了布尔控制网络的输出镇定,分别得到了布尔控制网络由常值输入变量、自由控制序列、状态反馈控制序列输出镇定的条件.本文讨论的系统输出稳定与镇定是(部分)变量稳定与镇定的推广.     

On controllability and stabilizability of probabilistic Boolean control networks

The controllability of probabilistic Boolean control networks(PBCNs)is first considered.Using the input-state incidence matrices of all models,we propose a reachability matrix to characterize the joint reachability.Then we prove that the joint reachability and the controllability of PBCNs are equivalent,which leads to a necessary and sufcient condition of the controllability.Then,the result of controllability is used to investigate the stability of probabilistic Boolean networks(PBNs)and the stabilization of PBCNs.A necessary and sufcient condition for the stability of PBNs is obtained first.By introducing the control-fixed point of Boolean control networks(BCNs),the stability condition has finally been developed into a necessary and sufcient condition of the stabilization of PBCNs.Both necessary and sufcient conditions for controllability and stabilizability are based on reachability matrix,which are easily computable.Hence the two necessary and sufcient conditions are straightforward verifiable.Numerical examples are provided from case to case to demonstrate the corresponding theoretical results.     

概率布尔控制网络的弱能控性

本文研究了概率布尔控制网络的弱能控性,系统的弱能控性是概率布尔网络精确能控的一个推广.首先利用矩阵的半张量积和逻辑变量的向量表示,概率布尔控制网络被表示为离散时间动态系统.接着给出概率布尔控制网络弱能控的定义,从离散时间系统的结构矩阵出发,构造了最大概率转移矩阵,矩阵中的元素表示相应状态之间可能发生转移的最大概率,在此基础上研究了概率布尔控制网络的弱能控的条件,同时给出了两个状态弱能达时控制序列的设计算法.最后通过例子进一步解释了弱能控的概念和控制序列设计算法的有效性.     

概率布尔控制网络的集可控

本文研究概率布尔控制网络的集可控性问题.首先,利用矩阵半张量积方法,得到概率布尔控制网络的代数表示.其次,借助一个新的算子构造不同的可控矩阵,进而通过可控矩阵考虑自由控制序列和网络输入控制下概率布尔控制网络的集可控性问题,得到了概率布尔控制网络集可控性的充要条件.最后,给出数值例子说明本文结果的有效性.     

Feedback control design for the complete synchronisation of two coupled Boolean networks

In the literatures, to design state feedback controllers to make the response Boolean network synchronise with the drive Boolean network is rarely considered. Motivated by this, feedback control design for the complete synchronisation of two coupled Boolean networks is investigated in this paper. A necessary condition for the existence of a state feedback controller achieving the complete synchronisation is established first. Then, based on the necessary condition, the feedback control law is proposed. Finally, an example is worked out to illustrate the proposed design procedure.