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具有噪声信息与状态模型不确定系统的IMM自适应滤波

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控制与决策 2024年第5期39卷 1604-1611页

作者：马天力张扬高嵩刘盼陈超波西安工业大学电子信息工程学院西安710021

卡尔曼滤波器广泛用于解决线性高斯系统的状态估计问题.然而,在实际应用中过程噪声和系统模型参数先验信息未知,且量测受到异常值干扰,给准确估计系统状态带来极大困难.针对具有噪声信息和状态模型不确定的动态系统,提出一种广义交互式... 详细信息

卡尔曼滤波器广泛用于解决线性高斯系统的状态估计问题.然而,在实际应用中过程噪声和系统模型参数先验信息未知,且量测受到异常值干扰,给准确估计系统状态带来极大困难.针对具有噪声信息和状态模型不确定的动态系统,提出一种广义交互式多模型自适应滤波算法.该算法设计多个模型并行的方式对系统不确定进行处理,对于每个模型,建立Skew-T分布非对称重尾噪声表示模型,为了解决过程噪声与系统协方差相互耦合难以求解的问题,利用逆威沙特分布对系统预测协方差矩阵进行描述,并通过变分贝叶斯推理递归计算系统状态的后验分布.仿真结果和实验验证表明,在噪声信息和状态模型不确定条件下,所提出算法具有较高的估计精度.

关键词：交互式多模型过程噪声 Skew-T分布变分贝叶斯自适应滤波时变噪声

基于神经网络的无人直升机多故障容错控制设计

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：阎坤赵金泽陈超波高嵩曹凯西安工业大学电子信息工程学院

执行器故障严重威胁无人直升机的飞行安全。考虑无人直升机同时出现执行器偏置和失效等多故障问题，提出了一种复合容错飞行控制算法。针对执行器偏置故障，设计非线性故障观测器对其进行实时估计；针对执行器失效故障，构造同维辅助系... 详细信息

执行器故障严重威胁无人直升机的飞行安全。考虑无人直升机同时出现执行器偏置和失效等多故障问题，提出了一种复合容错飞行控制算法。针对执行器偏置故障，设计非线性故障观测器对其进行实时估计；针对执行器失效故障，构造同维辅助系统并结合神经网络技术对其进行处理。采用反步法设计了无人直升机的复合容错飞行控制器，并通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统误差信号均有界且收敛。仿真结果表明：所提控制算法能够提高无人直升机在执行器多故障发生时的容错能力，确保其安全飞行。

关键词：无人直升机神经网络辅助系统故障观测器复合容错

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冗余漂浮空间机器人多任务轨迹规划

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：赵素平陈超波阎坤宋晓华西安工业大学电子信息工程学院

针对冗余漂浮空间机器人在单次行程中连续执行多项轨道任务的能耗最优轨迹规划问题，提出一种改进遗传算法，将同时优化3种类型基因引入，使得每条染色体包含3部分，即任务序列、与任务序列对应的关节构型序列和描述机器人关节轨迹的正... 详细信息

针对冗余漂浮空间机器人在单次行程中连续执行多项轨道任务的能耗最优轨迹规划问题，提出一种改进遗传算法，将同时优化3种类型基因引入，使得每条染色体包含3部分，即任务序列、与任务序列对应的关节构型序列和描述机器人关节轨迹的正弦多项式系数，对染色体的3部分进行独立编码，并在迭代寻优过程中对3个组成部分独立执行交叉和变异操作。仿真结果表明：与传统遗传算法相比，本文算法具有精度高、计算量少和CPU时间短的优点。

关键词：空间机器人自由度冗余漂浮基座多任务轨迹规划关节构型遗传算法改进遗传算法多刚体动力学

背向散射光测量中的平衡式多级低噪声放大器设计

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激光杂志 2024年

作者：马超周晚刘斌高嵩陈超波西安工业大学机电工程学院西安奇维科技股份有限公司西安工业大学电子信息工程学院咸阳职业技术学院

针对激光陀螺谐振腔背向散射光测量中的背向散射光模式信号获取需要特定频段的低噪声放大器问题，提出了一种平衡式多级低噪声放大器。该低噪声放大器采用平衡式多级级联结构，设计专用正交耦合器以实现与光电器件的共轭匹配，基于负反... 详细信息

针对激光陀螺谐振腔背向散射光测量中的背向散射光模式信号获取需要特定频段的低噪声放大器问题，提出了一种平衡式多级低噪声放大器。该低噪声放大器采用平衡式多级级联结构，设计专用正交耦合器以实现与光电器件的共轭匹配，基于负反馈方式进行稳定性调整，对偏置电路进行了噪声优化，基于噪声和增益选择阻抗点，从功率流传输的角度分析并对正交耦合器结构做出创新。最终达到了“阻抗匹配，噪声最小”的设计目标。验证表明，在2.3GHz～2.7GHz增益可达20dB，增益平坦度约为3dB，整体输入驻波比小于1.50，对光电探测器输出噪声有明显的抑制效果。设计结果可参考应用在高频光电器件信号放大、混频器设计和TR组件等场景，解决普通单支路低噪声放大器增益较低和噪声较大的问题。

关键词：阻抗匹配功率流传输正交耦合器

基于双滑模观测器的PMSM模型预测转矩控制

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电源学报 2024年

作者：李继超李健张彬彬陈超波高嵩西安工业大学电子信息工程学院

为了解决永磁同步电机中传统模型预测转矩控制算法依赖位置传感器的问题，本文给出了一种基于双滑模观测器的模型预测转矩控制方法。首先，通过将反电动势滑模观测器与优化后的正交锁相环结合，用观测转速替换预测模型中的实时转速，实... 详细信息

为了解决永磁同步电机中传统模型预测转矩控制算法依赖位置传感器的问题，本文给出了一种基于双滑模观测器的模型预测转矩控制方法。首先，通过将反电动势滑模观测器与优化后的正交锁相环结合，用观测转速替换预测模型中的实时转速，实现无位置传感器控制。其次，定子磁链滑模观测器用于观测定子磁链，观测磁链通过反馈校正引入预测误差以获得更准确的预测转矩和磁链，达到提升模型预测转矩控制系统的预测速度和精度。最后，通过Matlab/Simulink仿真和实验平台与传统含位置传感器的模型预测转控制方法对比，验证本文所提方法的有效性和可行性。

关键词：永磁同步电机模型预测转矩控制无位置传感器控制双滑模观测器正交锁相环

基于动态密度引导的多机器人编队队形变换方法

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上海交通大学学报 2024年

作者：曹凯陈阳泉李康陈超波阎坤刘伟超西安工业大学电子信息工程学院加州大学默塞德分校MESALab

针对地面移动机器人编队的队形控制问题，本文提出了一种基于动态密度引导的多机器人编队队形切换方法。为实现机器人编队不同队形的切换，本文使用质心维诺划分(Centroidal Voronoi Tessellations， CVT)编队控制算法，避免机器人队形... 详细信息

针对地面移动机器人编队的队形控制问题，本文提出了一种基于动态密度引导的多机器人编队队形切换方法。为实现机器人编队不同队形的切换，本文使用质心维诺划分(Centroidal Voronoi Tessellations， CVT)编队控制算法，避免机器人队形切换过程中的碰撞。根据CVT算法的特性，通过给定队形的密度函数，构建初始队形密度函数与期望密度函数之间的过渡密度生成动态密度，并利用CVT算法引导编队中的机器人移动，完成编队队形的切换与重构。仿真结果表明，相比直接使用期望密度函数引导队形切换，该方法不仅成功解决了部分形态编队切换失败问题，而且降低了切换过程中的编队整体的平均位置误差。

关键词：多机器人质心维诺划分编队控制队形切换

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基于非线性模型预测的带臂无人机稳定控制

控制工程 2024年

作者：闫姣姣陈超波赵素平李继超杜钰霜田坤西安工业大学电子信息工程学院

针对带臂无人机检测维修消防管道时必须稳定停靠才能开展后续作业的问题，提出一种基于非线性模型预测的带臂无人机组合体稳定控制方法。首先，利用牛顿-欧拉方法构建带臂无人机组合体与消防管道的动力学模型，并基于库仑摩擦定律建立... 详细信息

针对带臂无人机检测维修消防管道时必须稳定停靠才能开展后续作业的问题，提出一种基于非线性模型预测的带臂无人机组合体稳定控制方法。首先，利用牛顿-欧拉方法构建带臂无人机组合体与消防管道的动力学模型，并基于库仑摩擦定律建立组合体的支撑多边形区域静稳定约束条件；然后，设计非线性模型预测控制算法，并通过构建预测序列中末端时域的惩罚函数以及不等式约束，保证控制方法的李雅普诺夫渐近稳定性，以实现消防管道上方的组合体稳定控制；最后，利用MATLAB/SIMULINK仿真平台，验证所提方法的有效性，并通过考虑组合体物理参数不确定、外部环境白噪声、控制输入延迟等干扰因素，进一步验证所提方法的鲁棒性。

关键词：带臂无人机非线性模型预测控制线性二次型调节器渐近稳定性

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基于滑模变结构的风电机组一次调频算法研究

科学技术与工程 2024年第12期24卷 4998-5005页

作者：李继超贾梦欣陈超波张彬彬王坤杨冰西安工业大学电子信息工程学院西安710021 西安应用光学研究所西安710065

针对并网风电场中,经典一次调频控制方法存在抗干扰能力弱、机组易脱网的问题,提出一种基于滑模变结构的风电机组一次调频控制算法。首先,在永磁同步风电机组工作原理的基础上,建立含有大电网的风电机组模型。其次,为了解决传统比例积... 详细信息

针对并网风电场中,经典一次调频控制方法存在抗干扰能力弱、机组易脱网的问题,提出一种基于滑模变结构的风电机组一次调频控制算法。首先,在永磁同步风电机组工作原理的基础上,建立含有大电网的风电机组模型。其次,为了解决传统比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制下抗干扰能力弱的问题、引入经典滑模变结构控制器。然后,针对经典滑模变结构控制器导致执行机构存在抖振较多的缺点,提出一种基于sigmoid函数趋近率的滑模变结构一次调频控制算法。最后,通过MATLAB/Simulink对风电机组一次调频进行建模仿真,并与经典控制算法相比,验证了所提算法的可行性,在风速波动和电网故障的环境下,滑模变结构一次调频控制算法更具有效性。

关键词：风电机组永磁同步发电机(PMSM) 一次调频滑模变结构控制器

基于注意力机制的无人机集群协同分群控制算法

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电子学报 2023年第7期51卷 1898-1905页

作者：任双周洁高嵩陈超波西安工业大学电子信息工程学院陕西西安710021

针对基于避碰、组队和聚集规则的无人机集群无法响应部分感知引起的多重刺激问题,本文提出一种基于注意力机制的无人机集群协同分群控制算法.为确保无人机对邻居信息的高效选择,文中考虑视线遮挡因素设计感知规则,然后引入注意力机制计... 详细信息

针对基于避碰、组队和聚集规则的无人机集群无法响应部分感知引起的多重刺激问题,本文提出一种基于注意力机制的无人机集群协同分群控制算法.为确保无人机对邻居信息的高效选择,文中考虑视线遮挡因素设计感知规则,然后引入注意力机制计算交互邻居中无人机对局部群体有序性的贡献;为解决多重刺激下无人机决策冲突的问题,文中设计一种基于注意力机制的状态转换模型,特别地设计亚激活状态计算刺激源的动态权重,以提高集群响应多重刺激的灵敏度;为实现无人机对目标持续准确的跟踪,基于无人机的运动状态确定运动策略,然后调整运动模型;通过仿真分析集群响应多重刺激时运动轨迹和运动方向的变化过程,并利用应激精度、子群序参量和分群耗时对分群运动过程进行分析.仿真结果表明:所提算法使无人机集群在5 s左右即可完成分群运动,实现对刺激快速准确的跟踪.

关键词：无人机集群部分感知多重刺激注意力机制状态转换动态权重