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基于博弈论的异构无人集群协同编队避障控制

吉林大学学报（信息科学版） 2024年第4期42卷 662-676页

作者：贾睿轩陈晓明邵书义张子明南京航空航天大学自动化学院南京211106 国营芜湖机械厂航空设备测控与逆向工程实验室安徽芜湖241007

针对多无人机、无人车异构无人集群系统编队避障控制问题,对其利用博弈论方法进行了研究。不同于目前大多数只考虑群体编队目标的多智能体编队控制方案,允许每个智能体都具有个体目标,其中个体目标包含个体跟踪目标和避障目标。使异构... 详细信息

针对多无人机、无人车异构无人集群系统编队避障控制问题,对其利用博弈论方法进行了研究。不同于目前大多数只考虑群体编队目标的多智能体编队控制方案,允许每个智能体都具有个体目标,其中个体目标包含个体跟踪目标和避障目标。使异构无人集群系统在完成协同编队的同时,每个智能体还需根据其自身利益跟踪目标点并实时避障。由于智能体的个体目标和群体目标之间可能会产生冲突,将异构无人集群编队问题转化为智能体之间的非合作博弈问题。通过在代价函数中加入基于人工势场函数设计的避障项实现实时避障,并基于寻求纳什均衡方法设计了控制器,使异构无人集群系统可实现个体目标和群体目标平衡的编队模式。最后通过仿真实验验证了理论结果的正确性。采用该方法可使异构无人集群系统实现编队运动并实时避障。

关键词：异构集群编队控制避障博弈论人工势场

基于干扰观测器的四旋翼无人机离散时间容错控制

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航空学报 2020年第S2期41卷 89-97页

作者：邵书义陈谋招启军南京航空航天大学自动化学院南京211106 南京航空航天大学航空学院南京210016

为了飞行控制方案便于在计算机上实现,针对具有外部干扰和执行器加性故障的四旋翼无人机(UAV)角度运动方程,给出一种基于干扰观测器的离散时间跟踪控制方案。通过设计离散时间干扰观测器抑制外部干扰和执行器故障的不利影响,并结合干扰... 详细信息

为了飞行控制方案便于在计算机上实现,针对具有外部干扰和执行器加性故障的四旋翼无人机(UAV)角度运动方程,给出一种基于干扰观测器的离散时间跟踪控制方案。通过设计离散时间干扰观测器抑制外部干扰和执行器故障的不利影响,并结合干扰观测器设计离散时间控制器。通过数值仿真验证了基于干扰观测器的离散时间容错控制方案的有效性。仿真结果表明,设计的离散控制器能够保证外部干扰和执行器故障综合作用下的四旋翼UAV系统跟踪控制性能。

关键词：四旋翼无人机干扰观测器离散时间控制容错控制反演控制

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输入饱和情形下战斗机大机动动态面控制

北京航空航天大学学报 2021年第2期47卷 247-254页

作者：周章勇邵书义胡伟南京航空航天大学自动化学院南京211106 国营芜湖机械厂芜湖241007

针对战斗机大机动飞行输入饱和问题,提出了一种自适应神经网络动态面控制方法。采用径向基(RBF)神经网络逼近飞机系统的不确定性,利用双曲正切函数处理系统的输入饱和问题,根据饱和受限后的实际控制输入与期望控制输入之差定义新误差变... 详细信息

针对战斗机大机动飞行输入饱和问题,提出了一种自适应神经网络动态面控制方法。采用径向基(RBF)神经网络逼近飞机系统的不确定性,利用双曲正切函数处理系统的输入饱和问题,根据饱和受限后的实际控制输入与期望控制输入之差定义新误差变量,结合该误差变量设计大机动飞行控制律,并构造鲁棒项抵消神经网络逼近误差、外部干扰和建模误差的影响,利用动态面控制技术避免对虚拟控制器的复杂求导并减小计算量。根据Lyapunov稳定性定理证明了闭环控制系统所有信号有界,且通过选择合适的设计参数能够使姿态角跟踪误差收敛到原点的任意小邻域内。通过仿真结果的分析,验证了所提方法具有较好的鲁棒性和稳定性。

关键词：飞行控制大机动输入饱和神经网络鲁棒性

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新型混沌系统的动力学分析、同步控制及应用

新型混沌系统的动力学分析、同步控制及应用

作者：邵书义南京师范大学

学位级别：硕士

混沌作为非线性动力学系统中所特有的一种运动形式,由于其具有对初始条件极端敏感性和内在随机性等特点,使其在物理学、生物学以及数字通信等各种科学领域得到了广泛的应用。同时,由于混沌同步控制在工程领域中具有潜在应用,因而越来越... 详细信息

混沌作为非线性动力学系统中所特有的一种运动形式,由于其具有对初始条件极端敏感性和内在随机性等特点,使其在物理学、生物学以及数字通信等各种科学领域得到了广泛的应用。同时,由于混沌同步控制在工程领域中具有潜在应用,因而越来越得到研究者的重视,并成为混沌研究的热点课题之一。本文主要对构建的新型整数阶和分数阶混沌系统的动力学特性分析,设计相应的混沌系统电路以及实现混沌系统同步控制与应用,主要成果为：(1)给出了分数阶次数为0.01-0.99的传递函数近似表达式及其对应等效电路利用波特图频域近似算法,计算了步长为0.01,分数阶阶次为0.01-0.99的传递函数近似表达式,并且频率范围在10-2rad/s与102rad/s之间的误差为1dB或2dB。然后,根据电阻电容串并联型和混合型两种不同的分数阶单元等效电路,完整地给出了对应阶次的单元等效电路电阻与电容值。(2)提出了五种不同拓扑结构的新型混沌系统,并完成相应的电路设计与仿真首先,利用数值分析方法对新型混沌系统的基本动力学特性进行深入研究,并设计不同混沌系统的模拟电路。其次,将整数阶混沌系统拓展为分数阶混沌系统,并进行分数阶混沌系统动力学分析以及电路实现。最后,基于IEEEE-754标准和模块化设计理念,完成了五维变形Chua's混沌系统的现场可编程逻辑门阵列硬件实验。(3)实现了分数阶混沌系统之间、整数阶与分数阶混沌系统之间的同步和应用首先,根据Lyapunov稳定性理论和分数阶系统稳定性理论,设计非线性反馈控制器,实现两个分数阶Chua's混沌系统错位投影同步的无感模块化电路,并将分数阶Chua's混沌系统的同步应用于保密通信。其次,提出了一种新型图像加密传输方案,并研究了整数阶与分数阶四翼混沌系统之间的同步在图像加密传输中的应用。最后,以新型五维变形Chua's混沌系统为例,研究了超混沌序列在图像加密中的应用。

关键词：新型混沌系统分数阶算子 FPGA 混沌同步控制保密通信

基于现场可编程逻辑门阵列的新型混沌系统实现

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物理学报 2014年第6期63卷 69-77页

作者：邵书义闵富红吴薛红张新国南京师范大学电气与自动化工程学院南京210042 兰州大学信息科学与工程学院兰州730000

构建了一个新的五维变形蔡氏系统,通过数值仿真,分析平衡点的稳定性、分岔图和Lyapunov指数谱,研究系统特有的基本非线性动力学行为,还分析了改变不同参数时系统动力学行为的变化.基于混沌系统的数值仿真分析以及数字化处理技术,将五维... 详细信息

构建了一个新的五维变形蔡氏系统,通过数值仿真,分析平衡点的稳定性、分岔图和Lyapunov指数谱,研究系统特有的基本非线性动力学行为,还分析了改变不同参数时系统动力学行为的变化.基于混沌系统的数值仿真分析以及数字化处理技术,将五维变形蔡氏系统状态方程进行离散化处理,并根据IEEE-754标准和模块化设计理念构建出实现混沌系统变量运算关系的基本模块,进一步利用现场可编程逻辑门阵列硬件平台实现了五维变形蔡氏系统的混沌吸引子.研究结果表明,新五维变形蔡氏系统具有新的混沌动力学行为,并通过硬件证实了新系统的存在性和物理上的可实现性.

关键词：混沌系统动力学行为现场可编程逻辑门阵列硬件实现

分数阶Chua’s系统错位同步无感模块化电路实现及应用

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物理学报 2013年第13期62卷 124-131页

作者：邵书义闵富红马美玲王恩荣南京师范大学电气与自动化工程学院南京210042

基于分数阶混沌系统稳定性理论,设计高效的非线性控制器,实现初始值不同的两个分数阶Chua’s系统错位投影同步.根据分数阶复频域近似方法,提出分数阶系统的等效电路,实现分数阶Chua’s系统错位投影同步的无感模块化电路.最后,利用改进... 详细信息

基于分数阶混沌系统稳定性理论,设计高效的非线性控制器,实现初始值不同的两个分数阶Chua’s系统错位投影同步.根据分数阶复频域近似方法,提出分数阶系统的等效电路,实现分数阶Chua’s系统错位投影同步的无感模块化电路.最后,利用改进的混沌掩盖通信原理,将以上同步方案应用于混沌保密通信中,在发送端使用分数阶混沌序列对有用信号加密传送,从接收端可以无失真地恢复出有用信号.数值仿真与电路仿真证实了提出方案的可行性.

关键词：分数阶Chua’s系统错位投影同步无感模块化电路保密通信

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基于符号函数的注入反馈式蔡氏电路同步控制

物理学报 2014年第1期63卷 75-81页

作者：马美玲闵富红邵书义黄苗玉南京师范大学电气与自动化工程学院南京210042

蔡氏电路的状态变量不易引出,一般的同步控制方法难以硬件电路实现.针对此类含有电感、电容储能元件的混沌电路,提出一种注入反馈式混沌同步电路设计方法,通过引出状态变量,并在状态变量微分量未知的情况下对系统实施混沌控制.利用该方... 详细信息

蔡氏电路的状态变量不易引出,一般的同步控制方法难以硬件电路实现.针对此类含有电感、电容储能元件的混沌电路,提出一种注入反馈式混沌同步电路设计方法,通过引出状态变量,并在状态变量微分量未知的情况下对系统实施混沌控制.利用该方法,对运动行为不同的两个蔡氏系统,实现了基于符号函数的非线性投影同步控制研究,电路实验结果验证了该方法的可行性和有效性.

关键词：蔡氏电路注入反馈式符号函数投影同步

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基于改进狼群算法的无人直升机航迹规划

系统工程与电子技术 2023年第10期45卷 3240-3248页

作者：王黎文邵书义吴庆宪韩增亮南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

针对无人直升机(unmanned autonomous helicopter,UAH)航迹规划中传统狼群算法(wolf pack algorithm,WPA)收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,提出了一种基于改进WPA的UAH三维航迹规划算法。首先,对UAH飞行三维环境、约束条件及适应度函... 详细信息

针对无人直升机(unmanned autonomous helicopter,UAH)航迹规划中传统狼群算法(wolf pack algorithm,WPA)收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,提出了一种基于改进WPA的UAH三维航迹规划算法。首先,对UAH飞行三维环境、约束条件及适应度函数进行数学建模;然后,通过自适应步长的方式对传统WPA中游走、召唤及围攻3种主要行为的步长进行改进。同时,采用莱维飞行与变方向游走相结合的策略调整游走行为中的搜索方向及范围,从而提高算法的全局寻优能力和收敛速度;最后,给出了改进WPA在三维环境下航迹规划的仿真结果。仿真结果表明,改进WPA收敛速度更快,规划出的航迹质量更优,验证了该算法在UAH航迹规划中的有效性。

关键词：改进狼群算法自适应步长莱维飞行变方向游走

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一类分数阶非线性混沌系统的同步控制

计算机仿真 2015年第4期32卷 394-398页

作者：邵书义陈谋南京航空航天大学江苏省物联网与控制技术重点实验室江苏南京210016 南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016

在分数阶非线性系统同步控制的研究中,针对一类分数阶非线性混沌系统,研究了基于分数阶控制器的同步方法。利用状态反馈方法和分数阶微积分定义,设计了分数阶混沌系统同步控制器。进一步,根据分数阶非线性系统稳定性理论、Mittag-Leffle... 详细信息

在分数阶非线性系统同步控制的研究中,针对一类分数阶非线性混沌系统,研究了基于分数阶控制器的同步方法。利用状态反馈方法和分数阶微积分定义,设计了分数阶混沌系统同步控制器。进一步,根据分数阶非线性系统稳定性理论、Mittag-Leffler函数、Laplace变换以及Gronwall不等式,证明了同步控制器的有效性。最后,通过数值仿真,实现了初始值不同的两个分数阶非线性混沌系统同步。误差响应曲线表明研究的分数阶非线性系统同步响应速度快,控制精度高,验证了本文所设计的混沌同步控制方案的可行性。

关键词：分数阶非线性系统分数阶控制器混沌同步控制