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性能维持的增广可行域Tube鲁棒经济模型预测控制

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控制与决策 2024年第2期39卷 536-544页

作者：何德峰李能卓黄原驰韩平浙江工业大学信息工程学院杭州310023

针对未知但有界扰动作用下的约束线性系统,提出一种性能维持的增广可行域Tube经济模型预测控制(tube economic model predictive control, TEMPC)策略.首先考虑经济性能优化目标和鲁棒稳定控制目标,构造TEMPC优化问题的隐式收缩约束,并... 详细信息

针对未知但有界扰动作用下的约束线性系统,提出一种性能维持的增广可行域Tube经济模型预测控制(tube economic model predictive control, TEMPC)策略.首先考虑经济性能优化目标和鲁棒稳定控制目标,构造TEMPC优化问题的隐式收缩约束,并对系统状态和控制约束进行紧缩Tube设计,给出增广可行域优化问题的数学描述;然后,引入线性分解增广名义终端状态和终端罚函数,扩大优化问题的初始可行域,在此基础上应用终端“三要素”和收缩原理,建立TEMPC策略的递推可行性和闭环系统关于最优经济平衡点有界稳定性的充分性条件,进而证明闭环性能在原初始可行域上的不变性;最后,通过对比仿真结果验证所提出策略的有效性和优越性.

关键词：模型预测控制不确定线性系统鲁棒稳定性经济优化可行域

准最优稳定的约束非线性系统优先级多目标模型预测控制

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控制理论与应用 2024年

作者：田宇何德峰穆建彬浙江工业大学信息工程学院

针对具有控制约束的非线性系统,提出一种准最优稳定的优先级多目标模型预测控制策略.采用多目标字典序方法,根据决策者偏好排序多目标函数,将冲突多目标控制问题转化为具有优先级顺序的单目标序列优化控制问题.再引入准稳态最优性准则,... 详细信息

针对具有控制约束的非线性系统,提出一种准最优稳定的优先级多目标模型预测控制策略.采用多目标字典序方法,根据决策者偏好排序多目标函数,将冲突多目标控制问题转化为具有优先级顺序的单目标序列优化控制问题.再引入准稳态最优性准则,得到各个优化控制问题目标函数的终端性质,进而建立优先级多目标滚动时域优化控制问题的递推可行性和闭环性能的近似最优性.数值仿真结果验证了本文策略的优越性.

关键词：模型预测控制非线性系统多目标控制稳定性经济优化

外部干扰和随机DoS攻击下的网联车安全H∞队列控制

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自动化学报 2024年第2期50卷 348-355页

作者：宋秀兰李洋阳何德峰浙江工业大学信息工程学院杭州310023

针对网联车队列系统易受到干扰和拒绝服务(Denial of service, DoS)攻击问题,提出一种外部干扰和随机DoS攻击作用下的网联车安全H∞队列控制方法.首先,采用马尔科夫随机过程,将网联车随机DoS攻击特性建模为一个随机通信拓扑切换模型,据... 详细信息

针对网联车队列系统易受到干扰和拒绝服务(Denial of service, DoS)攻击问题,提出一种外部干扰和随机DoS攻击作用下的网联车安全H∞队列控制方法.首先,采用马尔科夫随机过程,将网联车随机DoS攻击特性建模为一个随机通信拓扑切换模型,据此设计网联车安全队列控制协议.然后,采用线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)技术计算安全队列控制器参数,并应用Lyapunov-Krasovskii稳定性理论,建立在外部扰动和随机DoS攻击下队列系统稳定性充分条件.在此基础上,分析得到该队列闭环系统的弦稳定性充分条件.最后,通过7辆车组成的队列系统对比仿真实验,验证该方法的优越性.

关键词：网联自主车辆队列控制安全控制随机DoS攻击稳定性

锅炉-汽轮机系统事件触发多目标经济预测控制

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控制与决策 2024年

作者：田宇何德峰穆建彬浙江工业大学信息工程学院

针对160MW锅炉-汽轮机系统的多目标控制问题和计算负担，本文提出了一种事件触发多目标经济预测控制(MO-EMPC)策略。结合字典序方法和生产过程的需求，将锅炉-汽轮机补给燃料的调节控制作为最高优先级控制目标，主蒸汽调控作为第二层优... 详细信息

针对160MW锅炉-汽轮机系统的多目标控制问题和计算负担，本文提出了一种事件触发多目标经济预测控制(MO-EMPC)策略。结合字典序方法和生产过程的需求，将锅炉-汽轮机补给燃料的调节控制作为最高优先级控制目标，主蒸汽调控作为第二层优先级控制目标，给水阀调控作为第三层优先级控制目标，构建分层滚动时域优化控制问题。引入锅炉-汽轮机经济最优平衡点定义辅助正定函数的最优值函数，并利用该最优值函数设计收缩约束条件，通过松弛收缩约束条件设计触发机制，建立具有稳定性和经济性能最优的轻量化多目标预测控制方案。对比时间触发下的字典序MO-EMPC算法，这不仅通过降低求解频次减少计算量，同时保证了锅炉-汽轮机系统的经济性能。

关键词：锅炉-汽轮机系统事件触发经济预测控制多目标控制稳定性

结合优势结构和最小目标Q值的深度强化学习导航算法

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控制理论与应用 2024年第4期41卷 716-728页

作者：朱威洪力栋施海东何德峰浙江工业大学信息工程学院浙江杭州312000

针对现有基于策略梯度的深度强化学习方法应用于办公室、走廊等室内复杂场景下的机器人导航时,存在训练时间长、学习效率低的问题,本文提出了一种结合优势结构和最小化目标Q值的深度强化学习导航算法.该算法将优势结构引入到基于策略梯... 详细信息

针对现有基于策略梯度的深度强化学习方法应用于办公室、走廊等室内复杂场景下的机器人导航时,存在训练时间长、学习效率低的问题,本文提出了一种结合优势结构和最小化目标Q值的深度强化学习导航算法.该算法将优势结构引入到基于策略梯度的深度强化学习算法中,以区分同一状态价值下的动作差异,提升学习效率,并且在多目标导航场景中,对状态价值进行单独估计,利用地图信息提供更准确的价值判断.同时,针对离散控制中缓解目标Q值过估计方法在强化学习主流的Actor-Critic框架下难以奏效,设计了基于高斯平滑的最小目标Q值方法,以减小过估计对训练的影响.实验结果表明本文算法能够有效加快学习速率,在单目标、多目标连续导航训练过程中,收敛速度上都优于柔性演员评论家算法(SAC),双延迟深度策略性梯度算法(TD3),深度确定性策略梯度算法(DDPG),并使移动机器人有效远离障碍物,训练得到的导航模型具备较好的泛化能力.

关键词：强化学习移动机器人导航优势结构最小化目标Q值

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基于非线性前馈补偿的六旋翼无人机姿态稳定反步控制

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上海交通大学学报 2024年

作者：李书恒何德峰廖飞穆建彬浙江工业大学信息工程学院中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所

针对未知扰动作用下的六旋翼无人机姿态稳定控制问题，提出一种非线性前馈补偿的六旋翼无人机姿态稳定反步控制方法。采用非线性未知输入观测器，估计无人机的未知外部扰动，再引入Sigmoid跟踪微分器前馈补偿该扰动估计，进而改进设计... 详细信息

针对未知扰动作用下的六旋翼无人机姿态稳定控制问题，提出一种非线性前馈补偿的六旋翼无人机姿态稳定反步控制方法。采用非线性未知输入观测器，估计无人机的未知外部扰动，再引入Sigmoid跟踪微分器前馈补偿该扰动估计，进而改进设计六旋翼无人机的姿态稳定反步控制器。进一步，建立姿态跟踪偏差闭环系统的稳定性结果。对比仿真实验验证了所提方法的有效性和优越性。

关键词：六旋翼无人机反步控制前馈补偿非线性未知输入观测器

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非结构化场景下的无人车轨迹规划研究

计算机科学 2024年第4期51卷 334-343页

作者：朱威杨世博滕帆何德峰浙江工业大学信息工程学院杭州310023

针对传统无人车轨迹规划算法在非结构化场景下存在实时性较低和轨迹平滑性较差等问题,提出了一种前后端分离的轨迹规划算法。该算法的前端路径搜索部分对Hybrid A*算法在控制空间进行搜索范围的剪枝且保留了车辆的运动学约束,并通过优... 详细信息

针对传统无人车轨迹规划算法在非结构化场景下存在实时性较低和轨迹平滑性较差等问题,提出了一种前后端分离的轨迹规划算法。该算法的前端路径搜索部分对Hybrid A*算法在控制空间进行搜索范围的剪枝且保留了车辆的运动学约束,并通过优化启发函数的计算方式,提高了图搜索的实时性。该算法的后端轨迹优化部分分为两个阶段:第一阶段设计了一个软约束非线性多目标优化器对路径进行局部优化,生成离散的轨迹位姿点和时间分配值;第二阶段基于五次样条曲线利用最小化Jerk的思想对离散位姿点进行平滑连接,提高了轨迹的平滑性。最后在室外停车场环境下对所提算法进行了实车测试,前端路径搜索和后端轨迹优化的实验结果表明该算法具有较高的实时性和轨迹平滑性。

关键词：轨迹规划无人车非结构化场景多目标优化样条曲线

基于特征融合与软阈值残差的稠密点云几何压缩网络

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小型微型计算机系统 2024年

作者：朱威施海东汪宵郑雅羽何德峰浙江省嵌入式系统联合重点实验室浙江工业大学信息工程学院

点云是一种重要的三维数据表示形式，但其巨大的原始数据量阻碍了它在网络传输和存储记录等方面的应用。因此，本文提出了一种基于多尺度特征融合与软阈值残差结构的点云几何压缩网络，实现了对三维稠密点云的高效压缩。首先通过逐步融... 详细信息

点云是一种重要的三维数据表示形式，但其巨大的原始数据量阻碍了它在网络传输和存储记录等方面的应用。因此，本文提出了一种基于多尺度特征融合与软阈值残差结构的点云几何压缩网络，实现了对三维稠密点云的高效压缩。首先通过逐步融合多尺度特征和构建软阈值注意力机制，实现特征加强和冗杂特征的消除，以解决体素化过程中特征丢失等问题。此外，采用构建特征掩膜层的方法，加速模型收敛。最后，引入动态非等比例损失函数提高网络的学习效果。实验结果表明，该方法在MVUB、8iVFB和Owlii数据集上相较于现有方法同样的点云分辨率下，具有更高的点云重建质量和较快的编解码速度。

关键词：稠密点云压缩多尺度特征软阈值残差结构特征掩膜动态损失函数

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线性变参数系统事件触发插值预测控制

系统科学与数学 2024年第3期44卷 610-621页

作者：何德峰黄原驰穆建彬浙江工业大学信息工程学院杭州310023

针对带有不确定性有界扰动的线性变参数约束系统,提出了一种事件触发插值模型预测控制方法.引入插值策略令优化问题的解将表现为当前时刻系统预设的反馈控制律的参数化形式,以降低优化问题求解变量的数量进而减少系统的计算负担.通过将... 详细信息

针对带有不确定性有界扰动的线性变参数约束系统,提出了一种事件触发插值模型预测控制方法.引入插值策略令优化问题的解将表现为当前时刻系统预设的反馈控制律的参数化形式,以降低优化问题求解变量的数量进而减少系统的计算负担.通过将来自系统调度参数变化的乘性扰动和每一时刻输入的加性扰动叠加构建有限步紧缩约束集,求解名义系统的优化问题得到最优解,并以名义系统和实际系统出现足够大的偏差作为触发条件,与插值系数和鲁棒约束集相关的触发阈值将在线计算.证明了所提出方法的递归可行性以及区域输入-状态稳定性,最后以一个数值例子验证了该方法.

关键词：模型预测控制线性变参数系统事件触发控发插值法