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具有双边随机时延和丢包的网络控制系统稳定性分析

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控制与决策 2017年第9期32卷 1565-1573页

作者：刘义才刘斌张永李维刚武汉科技大学信息科学与工程学院武汉430081 武汉商学院机电工程与汽车服务学院武汉430056

针对具有双边随机网络时延和丢包的网络控制系统,首先基于Markov的随机过程描述系统丢包的特性;然后利用系统增广矩阵的方法建立参数不确定的离散时间跳变系统模型,在考虑Markov链转移概率矩阵中部分元素未知甚至完全未知的条件下,采用L... 详细信息

针对具有双边随机网络时延和丢包的网络控制系统,首先基于Markov的随机过程描述系统丢包的特性;然后利用系统增广矩阵的方法建立参数不确定的离散时间跳变系统模型,在考虑Markov链转移概率矩阵中部分元素未知甚至完全未知的条件下,采用Lyapunov稳定理论和随机理论的分析方法,设计依赖于丢包特性且满足系统均方稳定要求的时变控制器;最后通过数值算例仿真表明所提出方法的有效性.

关键词：网络控制系统时延丢包时变控制器随机均方稳定

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平动点Halo轨道航天器保持的多目标优化

计算力学学报 2014年第5期31卷 545-550页

作者：杨春峰彭海军钟万勰陈飙松大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室工程力学系大连116024

针对日地系统平动点附近Halo轨道航天器保持任务,考虑航天器的能量消耗与轨道保持精度需求,采用多目标优化方法设计了改进时变控制器用于航天器Halo轨道保持任务。首先,基于圆形限制性三体模型推导了航天器的相对动力学方程并基于此设... 详细信息

针对日地系统平动点附近Halo轨道航天器保持任务,考虑航天器的能量消耗与轨道保持精度需求,采用多目标优化方法设计了改进时变控制器用于航天器Halo轨道保持任务。首先,基于圆形限制性三体模型推导了航天器的相对动力学方程并基于此设计了线性时变控制器。然后,采用多目标优化方法对时变控制器参数进行优化,得到满足航天器能量消耗与轨道保持精度之间平衡的Pareto最优解。最后,通过对考虑模型与环境干扰情况的数值模拟,结果表明多目标优化方法对平动点Halo轨道航天器保持任务达到低能能耗与高精度目标,具有一定的应用价值。

关键词：平动点轨道保持时变控制器多目标优化 SiPESC软件平台

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区间化随机时延的网络控制系统建模与控制

系统仿真学报 2018年第2期30卷 654-663页

作者：刘义才刘斌石安伟武汉科技大学信息科学与工程学院武汉430081 武汉商学院机电工程与汽车服务学院武汉430056

针对一类带有从传感器到控制器和控制器到执行器的双边随机时延的网络控制系统,首先通过将最大可能的时延值划分为多个等分区间,然后根据时延在各个区间的跳变特性将其描述为一个基于有限状态Markov链的随机过程,并建立了网络控制系统... 详细信息

针对一类带有从传感器到控制器和控制器到执行器的双边随机时延的网络控制系统,首先通过将最大可能的时延值划分为多个等分区间,然后根据时延在各个区间的跳变特性将其描述为一个基于有限状态Markov链的随机过程,并建立了网络控制系统的参数不确定性离散时间跳变模型;同时考虑了在Markov链转移概率矩阵中的部分元素未知的条件下,基于Lyapunov稳定性理论并采用随机理论的分析方法,设计了满足系统稳定性要求的时变控制器。最后通过数值算例仿真验证了该方法的有效性。

关键词：网络控制系统随机时延随机稳定性时变控制器转移概率矩阵

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基于精细积分的(最优)控制系统设计程序包

计算机应用与软件 2007年第9期24卷 165-169页

作者：谭述君钟万勰大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023

在精细积分算法体系的基础上开发的"精细积分(最优)控制系统设计程序包PIM-CSD(Precise Integration Method-Control System Design)",不但具有高效、精确、稳定的优点,可替代Matlab控制工具箱定常控制器设计功能,而且很容易实现时变控... 详细信息

在精细积分算法体系的基础上开发的"精细积分(最优)控制系统设计程序包PIM-CSD(Precise Integration Method-Control System Design)",不但具有高效、精确、稳定的优点,可替代Matlab控制工具箱定常控制器设计功能,而且很容易实现时变控制器功能的扩展。主要讲述精细积分程序包在LQ最优控制、Kalman滤波以及系统仿真等控制系统设计基本内容方面的功能实现,特别强调在时变控制器和滤波器的设计以及Kalman滤波微分方程的高效求解等新功能的扩展,通过与Matlab控制系统工具箱中相关功能的比较,显示出PIM-CSD在计算效率、数值精度、算法稳定性等方面的优势。最后,探讨了PIM-CSD的应用领域和发展方向。

关键词：计算机辅助控制系统设计精细积分(最优)控制系统设计程序包精细积分方法时变控制器矩阵指数矩阵微分Riccati方程

一类非完整广义链式系统的几何控制理论研究及应用

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一类非完整广义链式系统的几何控制理论研究及应用

作者：彭奇斌东华大学

学位级别：硕士

众所周知,非完整系统运用在许多力学系统的描述中,因此开展非完整系统的控制研究,具有重要的理论价值和实际的应用前景。本文,讨论了一类非完整广义链式系统的控制器设计问题。首先,研究了一类非完整标准链式系统的镇定问题,具体讨论... 详细信息

众所周知,非完整系统运用在许多力学系统的描述中,因此开展非完整系统的控制研究,具有重要的理论价值和实际的应用前景。本文,讨论了一类非完整广义链式系统的控制器设计问题。首先,研究了一类非完整标准链式系统的镇定问题,具体讨论了带有一拖斗的汽车在平衡点位形的反馈镇定问题,此系统模型属于不带偏差项的非完整控制系统,又称为拖挂式移动机器人。可先利用状态-输入坐标变换把原系统转化为与之微分同胚的链式系统,再针对非完整链式系统采用不连续控制和时变光滑控制器,数值仿真结果说明了两种控制方法都能够很好地使汽车的位形指数收敛。其次,研究了一类非完整广义链式系统的镇定问题,具体研究了初始角动量不为零的单腿跳跃机器人在飞行相下的镇定律设计,将机器人的位姿镇定到参考的目标位姿。由于非零的初始角动量导致了原非完整系统模型中含有偏差项,其模型虽不能转化为一般的标准链式形式,但可转化为与之微分同胚的广义链式系统,通过设计时变控制器使得机器人的位姿误差变量指数收敛到原点,最终使得机器人位姿指数收敛到预设目标位姿,最后的仿真结果成功验证了结论。

关键词：非完整系统广义链式形式带有一节拖斗汽车跳跃机器人状态—输入坐标变换时变控制器不连续控制器

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基于时变理论桥式吊车抗摆控制的研究

基于时变理论桥式吊车抗摆控制的研究

作者：王立夫沈阳工业大学

学位级别：硕士

吊车作为一种重物运输工具,已广泛应用于车间、码头、仓库等场所。但由于吊车自身结构的原因,负载在吊运过程中不可避免的会产生摆动。通常吊车负载的摆动是由有经验的工人适当的减慢吊车的吊运速度,和等待摆动衰减到一定程度后,再进行... 详细信息

吊车作为一种重物运输工具,已广泛应用于车间、码头、仓库等场所。但由于吊车自身结构的原因,负载在吊运过程中不可避免的会产生摆动。通常吊车负载的摆动是由有经验的工人适当的减慢吊车的吊运速度,和等待摆动衰减到一定程度后,再进行就位操作。这样不仅降低了工作效率,而且不利于安全生产。因此,如何快速消除吊运过程中的摆动,长期以来是国内外控制领域研究的典型问题。本文针对线性化的平面的桥式吊车的数学模型,首先,考虑定绳长条件下的桥式吊车数学模型应用最近发展起来的并行微分（PD）特征值分配方法设计了一个控制器（使用这种理论可以把线性时不变控制器设计的经典结果,扩展到时变的情况）,并且针对所设计的控制器进行了计算机模拟仿真,且和其它方法所设计的控制器进行对比,结果表明该方法在吊车抗摆控制中的有效性。然后,本文又考虑了变绳长条件下的桥式平面吊车模型,使用Wolovich提出的时变系统的状态反馈稳定化方法,设计了一个控制器,该方法是计算状态反馈增益矩阵,使给定闭环系统通过李雅普诺夫变换等价于一个由期望特征值组成的稳定的时不变系统,由于李雅谱诺夫变换保持稳定性不变,所以原来的时变系统也是稳定的,并且所设计的控制器执行效果的好坏是由选择的等价的时不变系统的特征值决定的。并对所设计的控制器进行了计算机仿真研究,仿真结果既表明理论的正确性又表明了这种控制能够保证精确的位置控制和吊车负载摆角的迅速衰减,即该方法在吊车的抗摆控制中是有效的。

关键词：抗摆控制 PD特征值时变控制器李雅普诺夫变换桥式吊车

基于低增益反馈的输入饱和系统的控制方法研究

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基于低增益反馈的输入饱和系统的控制方法研究

作者：张志强杭州电子科技大学

学位级别：硕士

在实际控制系统中,由于设备或仪器的物理限制,输入饱和是普遍存在的,在控制器设计中忽略输入饱和会降低系统性能,会导致系统不稳定。因此输入饱和系统的研究一直受到国内外学者广泛关注。针对输入饱和系统,如何设计控制器提高闭环系统... 详细信息

在实际控制系统中,由于设备或仪器的物理限制,输入饱和是普遍存在的,在控制器设计中忽略输入饱和会降低系统性能,会导致系统不稳定。因此输入饱和系统的研究一直受到国内外学者广泛关注。针对输入饱和系统,如何设计控制器提高闭环系统的动态性能,在提高系统动态性能的同时,如何节约系统的计算资源并且实现闭环控制系统在有限时间内稳定,也是值得研究的控制问题。因此,针对具有输入饱和系统的研究中,时变控制器设计以及基于事件触发的有限时间控制,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。本文主要研究基于低增益反馈的输入饱和系统的控制方法,主要内容包括以下几个部分:第一部分是绪论,主要介绍输入饱和系统控制、事件触发控制、有限时间控制、航天器轨道交会系统控制的背景、意义以及国内外研究现状。第二部分研究了具有输入饱和系统的时变控制器设计问题。首先,基于低增益反馈,引入了时变参数,并且根据参量Riccati方程和参量Lyapunov方程设计了时变状态反馈控制器,实现了闭环系统指数稳定且提高了系统动态性能。其次,考虑到实际系统中状态不完全可测量的情况,设计一个基于观测器的时变输出反馈控制器。最后,通过数值仿真说明所提出方法的有效性。第三部分研究了基于事件触发的输入饱和系统的有限时间控制问题。首先,基于低增益反馈,引入了时变参数并设计了有限时间状态反馈控制器,使得闭环系统在有限时间内稳定。为了避免芝诺现象,证明了事件触发的相邻触发间隔的最小时间下界。其次,考虑到实际系统中状态不完全可测量的情况,设计一个基于观测器的有限时间输出反馈控制器。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。第四部分在前两章的基础上,研究了具有执行器饱和的航天器轨道交会系统。首先,建立了具有执行器饱和的航天器轨道交会系统的相对运动方程。其次,根据相对运动方程并结合前两章的控制器设计方法,将两种方法应用在航天器轨道交会系统的控制中,最后,通过仿真验证了两种方法都可以成功实现航天器交会任务。第五部分是总结与展望,总结了本文主要研究结果,并对未来需要进一步研究的科研工作进行展望。

关键词：输入饱和时变控制器事件触发控制有限时间稳定航天器轨道交会

最优控制系统设计与仿真交互式界面软件-PIMCSD

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计算机应用与软件 2009年第2期26卷 8-10页

作者：彭海军陆仲绩谭述君大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 上海科学院上海CAE技术公共服务平台上海201203

在现有精细积分(最优)控制系统设计工具箱PIMCSD(Precise Integration Method-Control System Design)的基础上,采用MATLAB的GUI技术开发了交互式界面软件PIMCSD,其主要功能包含有限长时间线性二次最优控制系统和H∞鲁棒控制系统的设计... 详细信息

在现有精细积分(最优)控制系统设计工具箱PIMCSD(Precise Integration Method-Control System Design)的基础上,采用MATLAB的GUI技术开发了交互式界面软件PIMCSD,其主要功能包含有限长时间线性二次最优控制系统和H∞鲁棒控制系统的设计与仿真。以一个具体的线性二次硬终端约束控制器的设计与仿真为例,介绍了PIMCSD软件的具体操作使用步骤,也演示了交互式界面软件PIMCSD使用方便、简单易学的特点。

关键词：计算机辅助控制系统设计精细积分最优控制H∞ 鲁棒控制时变控制器

基于精细积分理论与算法体系的时变最优控制方案工程应用

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计算机应用与软件 2009年第2期26卷 1-3,30页

作者：谭述君段佳佳夏永江陆仲绩吴志刚大连理工大学运载工程与力学学部辽宁大连116024 上海航天控制工程研究所上海200233 上海科学院上海CAE技术公共服务平台上海201203

以航天器的编队飞行控制为工程背景,利用PIMCSD工具箱设计了航天器远/近程逼近的时变控制方案,并在飞行控制仿真平台上通过了验证。仿真结果表明,相对于传统的定常控制器方案,新的时变控制器方案可以在更短的控制时间内,以更少的燃料消... 详细信息

以航天器的编队飞行控制为工程背景,利用PIMCSD工具箱设计了航天器远/近程逼近的时变控制方案,并在飞行控制仿真平台上通过了验证。仿真结果表明,相对于传统的定常控制器方案,新的时变控制器方案可以在更短的控制时间内,以更少的燃料消耗,达到更高的终端控制精度,从而验证了控制方案的可行性、有效性和先进性。同时,提出的时变控制器简化实现方案不仅可以保持良好的性能指标,也便于工程设计和实现。这些工作为航天器编队控制系统的工程设计提供了有益的参考。

关键词：控制系统计算机辅助设计时变控制器航天器编队重构 PIMCSD工具箱精细积分方法