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基于BGM方法的初值误差对声速场数值预报影响的研究

基于BGM方法的初值误差对声速场数值预报影响的研究

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中国声学学会2017年全国声学学术会议

作者：刘敬一过武宏赵建昕海军潜艇学院

0引言海洋是高度的非线性动力系统,带有显著的混沌特性,其时空差异悬殊,有着极其复杂的周期性和非周期性动态变化。而由海洋运动变化决定的声速场是海洋声场计算的重要输入之一,有必要研究海洋初值误差对声速场数值预报的影响,从而为声... 详细信息

0引言海洋是高度的非线性动力系统,带有显著的混沌特性,其时空差异悬殊,有着极其复杂的周期性和非周期性动态变化。而由海洋运动变化决定的声速场是海洋声场计算的重要输入之一,有必要研究海洋初值误差对声速场数值预报的影响,从而为声场精确计算奠定基础。1模式配置与方法原理本文使用ROMS海洋模式,通过增长模繁殖法(BGM)培养出增长最快的扰动,这部分扰动能有效反映模式对随机初值误差的动力学响应。

关键词：海洋声速场数值预报初值误差 BGM方法

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基于迭代学习策略的多柔性机械臂互联系统故障估计与容错控制方法研究

基于迭代学习策略的多柔性机械臂互联系统故障估计与容错控制方法...

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作者：陈光禧重庆交通大学

学位级别：硕士

随着新能源汽车的迅猛发展,其工业生产系统的复杂程度也不断提升。柔性机械臂凭借其高精度、高效率和柔性化等特点,在汽车工业生产中扮演着重要角色。单个柔性机械臂的作业范围窄,功能有限,无法满足当下汽车行业生产需求。而多柔性机械... 详细信息

随着新能源汽车的迅猛发展,其工业生产系统的复杂程度也不断提升。柔性机械臂凭借其高精度、高效率和柔性化等特点,在汽车工业生产中扮演着重要角色。单个柔性机械臂的作业范围窄,功能有限,无法满足当下汽车行业生产需求。而多柔性机械臂互联系统恰好能够克服这些不足,实现柔性化生产。现有对多柔性机械臂系统的研究方向主要集中在控制策略和控制器设计等问题,对多柔性机械臂互联系统运行中可能发生的故障研究较少。本文针对执行重复作业任务的多柔性机械臂互联系统,考虑柔性机械臂子系统可能发生的执行器故障和传感器故障的情况,进行故障估计与容错控制方法研究。本文的主要贡献有以下四个方面:(1)柔性机械臂系统的数学建模和反演控制。首先,基于拉格朗日方程,分析并建立了单个柔性机械臂系统和多柔性机械臂互联系统动力学方程。然后,基于所建立的动力学方程,利用反演法分别设计了单个柔性机械臂系统和多柔性机械臂互联系统的反演控制器,以实现对单个柔性机械臂系统和多柔性机械臂互联系统的连杆角度和连杆角速度轨迹跟踪控制。最后,通过仿真验证了柔性机械臂系统数学模型的准确性以及所设计的反演控制算法的有效性。(2)考虑存在初值误差和执行器故障的影响,对执行重复作业任务的单个柔性机械臂系统的故障估计和容错控制进行研究。首先,基于D型迭代学习策略设计了带初值修正项的执行器故障估计器。然后,通过Bellman-Gronwall理论和λ范数理论证明了故障估计器的收敛性,并得到了估计器参数的收敛条件和取值范围。再根据所设计的故障估计器得到的故障估计结果,设计了基于补偿控制形式的主动容错控制器,以实现执行器故障下的单个柔性机械臂系统的连杆角度和连杆角速度轨迹跟踪控制。最后,通过仿真验证了所设计的故障估计与容错控制方法在执行重复作业任务的单个柔性机械臂系统中的有效性。(3)考虑存在初值误差和执行器故障的影响,对执行重复作业任务的多柔性机械臂互联系统的故障估计和容错控制进行研究。首先,基于PD型迭代学习策略设计了带初态学习律的执行器故障估计器。然后,通过Bellman-Gronwall理论和λ范数理论证明了故障估计器的收敛性,并得到了估计器参数的收敛条件和取值范围。再根据所设计的故障估计器得到的故障估计结果,设计了基于补偿控制形式的主动容错控制器,以实现执行器故障下的多柔性机械臂互联系统的连杆角度和连杆角速度轨迹跟踪控制。最后,通过仿真验证了所设计的故障估计与容错控制方法在执行重复作业任务的多柔性机械臂互联系统中的有效性。(4)考虑同时存在执行器和传感器故障的影响,对执行重复作业任务的多柔性机械臂互联系统的故障估计和容错控制进行研究。首先,将带有执行器和传感器故障的柔性机械臂子系统转化为增广子系统,以将传感器故障视为系统状态的一部分。然后,设计子系统增广状态观测器,以从增广系统中获得传感器故障估计信号。接着,结合李雅普诺夫稳定性判据证明了传感器故障估计方法的稳定性,解出了可行的矩阵参数取值范围和前置条件。再基于所得到的传感器故障估计值补偿量测输出信号,使执行器故障估计器恢复正常性能。最后,通过仿真验证了所设计的传感器故障估计方法在执行重复作业任务的多柔性机械臂互联系统中的有效性。

关键词：多柔性机械臂互联系统初值误差故障估计容错控制迭代学习策略

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空间目标碰撞预警中的碰撞概率问题研究

空间目标碰撞预警中的碰撞概率问题研究

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作者：白显宗国防科学技术大学

学位级别：硕士

论文主要研究空间目标碰撞预警与规避机动中与碰撞概率相关的问题,包括空间目标碰撞概率的计算方法、显式表达式、影响因素和置信度,以及轨道预报误差传播特性,为空间目标碰撞预警和规避机动打下基础。介绍了空间碎片环境概况,分析了... 详细信息

论文主要研究空间目标碰撞预警与规避机动中与碰撞概率相关的问题,包括空间目标碰撞概率的计算方法、显式表达式、影响因素和置信度,以及轨道预报误差传播特性,为空间目标碰撞预警和规避机动打下基础。介绍了空间碎片环境概况,分析了空间目标碰撞预警和规避机动的关键技术,提出了基于碰撞概率的空间目标碰撞预警和规避机动的基本框架。研究了空间目标碰撞概率的计算方法。定义了相遇坐标系和积分计算坐标系,通过坐标转换和误差投影,将碰撞概率的计算问题转化为2维概率密度函数(PDF)在圆域内的积分问题。通过压缩空间的方法,将不等方差PDF在圆域内的积分化为等方差PDF在椭圆域内的积分,提出了两种概率积分计算方法:极坐标变换化为一重积分方法和圆近似无穷级数方法。根据近似结果分析了最大碰撞概率和相应的误差方差的表达式。简单讨论了低相对速度情况下碰撞概率的计算问题。在圆轨道情况下推导了空间目标碰撞概率的显式表达式,将碰撞概率表示为交会几何条件(过交线高度差、过交线时间差、轨道夹角等)和RSW坐标系误差方差的显式函数。根据显式表达式对碰撞概率的诸影响因素进行了分析,得到了一些有意义的结论。对空间目标碰撞概率的置信度及其估计方法进行了讨论。引入碰撞概率置信区间和置信度的概念来描述计算得到碰撞概率的可信程度。碰撞概率是交会条件和位置误差的确定函数,碰撞概率的置信度取决于误差方差的置信度。基于误差方差的置信度和置信区间,利用显式表达式对碰撞概率的置信度和置信区间进行了分析,得到了一定简化条件下碰撞概率置信度的评估方法。分析了碰撞概率计算中所需误差协方差矩阵的传播特性。对位置预报误差传播进行了分析,得到了TLE预报误差的特性,提出了一种假设解释了该特性。基于Hill方程和CADET方法进行了TLE初值方差传播分析,分别利用不考虑摄动偏差和考虑大气摄动偏差的Hill方程对TLE初值误差进行了分离。最后,对一次空间碰撞规避机动实例和美国公布的一周碰撞概率最大交会事件进行了碰撞概率分析,对碰撞概率方法进行了综合应用。结果表明,本文中提出的碰撞概率方法是正确的,可以在工程实际中有效应用。

关键词：空间目标碰撞概率相遇平面压缩空间无穷级数显式表达式置信度置信区间初值误差

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一类非线性系统的迭代学习控制方法研究

一类非线性系统的迭代学习控制方法研究

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作者：高飞东北石油大学

学位级别：硕士

迭代学习控制是智能控制的一个分支，具有“学习”的能力，在控制过程中可以通过对前次控制经验的学习，指导修正下一次的控制输入，是一种基于控制误差而非被控对象数学模型的控制算法。因此它既可以控制线性时不变系统，也适用于复杂... 详细信息

迭代学习控制是智能控制的一个分支，具有“学习”的能力，在控制过程中可以通过对前次控制经验的学习，指导修正下一次的控制输入，是一种基于控制误差而非被控对象数学模型的控制算法。因此它既可以控制线性时不变系统，也适用于复杂非线性时变系统的控制。并且越是模型具有复杂性、不确定性的系统应用迭代学习控制越有优越性。但是传统的迭代学习控制往往采用固定参数的学习律，控制的收敛速度受到限制，灵活性差，并且动态过程有振荡现象。因此本文针对提高迭代学习控制一类非线性系统的收敛速度、改善动态过程的振荡现象展开研究，并针对被控对象的初态误差、输入时滞情况，研究如何进一步改进迭代学习控制方法。论文首先研究非线性系统的固定参数学习律迭代学习控制，分析学习增益参数对控制过程的影响。提出引入模糊控制器设计学习增益的改进方法，根据学习误差的大小模糊控制器适应性地调整学习增益。但在设计模糊控制器部分时，模糊规则库的编辑与被控对象的状态变量维数有关系，变量太多会造成“规则爆炸”，控制器实施难，因此进一步提出结合反馈线性化算法和信息融合技术，降低模糊控制器输入变量维数，实现了模糊迭代学习控制器的设计。其与固定参数迭代学习控制器相比，收敛速度明显提高，控制稳定性明显改善。其次，实际生产中系统可能受到很多干扰而导致控制性能下降，如测量和执行设备等误差会引起初态偏移、控制器计算速度和数据传输延时会引起系统输入时滞等。因此，本文考虑被控对象存在初态误差的情况，提出增加初态学习控制环节，通过对初态误差的不断“学习”，使系统输出和初值都收敛到期望。由于系统对输出和初值的迭代学习环节相对独立，控制器的收敛速度不受影响。经验证，具有初态学习功能的模糊迭代学习控制器在系统初态误差固定和任意两种情况下，都能使系统快速收敛于期望，且动态特性曲线平滑。针对被对象控存在输入时滞的问题，本文进一步引入了超前给定算法改进控制器，即将输入时滞可能引起的学习误差提前送入迭代学习控制器来尽可能消除控制误差，算子理论证明了算法的收敛性，在期望初值下，控制器可以使系统快速收敛。并在此基础上提出了具有初态学习的超前给定型模糊迭代学习控制方法，大大改善了具有初态误差和输入时滞系统的迭代学习控制性能。通过二自由度机械臂的轨迹跟踪控制仿真，充分验证了本文提出的控制方法的优越性。由于本文研究的被控对象更接近实际生产时的系统，因此对应用迭代学习控制解决工业中一类复杂非线性系统的控制问题具有重要意义。

关键词：迭代学习控制非线性系统模糊初值误差控制时滞

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