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针对三维空间机动目标的预定时间收敛制导律

航天控制 2024年第4期42卷 50-56页

作者：单程军朱聪龙垚松欧朝胡奕成忠涛华中科技大学航空航天学院武汉430074 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000 武汉高德红外导研院武汉430074

提出了预定时间视线角(LOS)速率收敛制导律,用于三维场景中的多种交战情况。通过使用这种制导律,视线角速率会在任意预先指定的时间内收敛到0,且收敛时间与初始条件和控制参数无关。此外,收敛时间存在一个确切上界。首先,通过解耦三维(... 详细信息

提出了预定时间视线角(LOS)速率收敛制导律,用于三维场景中的多种交战情况。通过使用这种制导律,视线角速率会在任意预先指定的时间内收敛到0,且收敛时间与初始条件和控制参数无关。此外,收敛时间存在一个确切上界。首先,通过解耦三维(3D)交战模型,设计了一个平面制导律,提出了在二维(2D)场景中的制导指令。然后,通过理论分析证明了制导指令在三维场景中的可行性。最后,仿真验证了制导律的有效性。

关键词：导弹制导三维场景视线角速率机动目标预定时间收敛

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具有时间和角度约束的欠驱动三维协同制导律

宇航学报 2024年第10期45卷 1633-1644页

作者：李鹤宇王建斌张锐宋峰北京电子工程总体研究所北京100854

针对多航天器协同捕获目标的问题,提出一种针对固定目标的欠驱动三维协同制导律。通过分阶段设计,该方法在不改变速度大小的条件下,满足时间一致性约束和终端角度约束。提出一种控制结构,实现对收敛时间进行设置。提出的设定时间收敛三... 详细信息

针对多航天器协同捕获目标的问题,提出一种针对固定目标的欠驱动三维协同制导律。通过分阶段设计,该方法在不改变速度大小的条件下,满足时间一致性约束和终端角度约束。提出一种控制结构,实现对收敛时间进行设置。提出的设定时间收敛三维协同制导方法包括平面协同制导和共面构造制导两部分。平面协同制导基于共面假设,在平面内利用最优攻击角度控制算法和设计的偏置项,保证时间一致性和终端角度趋于期望值;共面构造制导通过矢量几何运算,实现预定时间内速度矢量、视线矢量和期望速度矢量共面。通过严格的理论推导证明了所提出的协同制导律的稳定性,数值仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词：航天器协同制导时间一致性预定时间收敛欠驱动

垂直起降可重复使用运载火箭全剖面飞行预设性能控制

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航空学报 2023年第23期44卷 172-188页

作者：张亮李丹钰崔乃刚李源中山大学航空航天学院深圳518107 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 南京理工大学能源与动力工程学院南京210000

针对垂直起降可重复使用运载火箭在多异类执行机构作用下的全剖面飞行高精度强鲁棒姿态控制系统设计需求,提出了预设性能控制方法,采用一套控制结构和控制参数,可实现火箭的全剖面飞行控制。首先,建立了垂直起降可重复使用运载火箭的7... 详细信息

针对垂直起降可重复使用运载火箭在多异类执行机构作用下的全剖面飞行高精度强鲁棒姿态控制系统设计需求,提出了预设性能控制方法,采用一套控制结构和控制参数,可实现火箭的全剖面飞行控制。首先,建立了垂直起降可重复使用运载火箭的7个飞行阶段动力学模型,同时为减少制导指令切换产生的突变,设计了二阶系统参考模型,并基于参考模型推导了姿态跟踪误差状态方程。其次,设计了一种新型的具有指定收敛时间特性的预设性能函数,并推导了新的误差变量,建立了控制模型。然后,基于新的误差变量推导了具有预定时间收敛特性的姿态控制律,并证明了其稳定性。最后,为进一步提高鲁棒性,引入自抗扰控制中的扩张状态观测器理念,对新误差变量的二阶导数和外界扰动进行估计,从而降低了控制器的复杂度,提高了控制精度。通过与比例微分(PD)控制器、自抗扰滑模控制器和其他预设性能控制器进行仿真比较,表明所提出的方法具有参数少、调参简单、精度高和鲁棒性强等优点。

关键词：垂直起降火箭预设性能控制预定时间收敛扩张状态观测器飞行控制

基于事件触发机制的多智能体系统分布式预定时间优化算法研究

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基于事件触发机制的多智能体系统分布式预定时间优化算法研究

作者：洪宝源南昌大学

学位级别：硕士

优化问题广泛存在于智能电网经济调度、多机器人系统任务分配、传感器网络定位等大规模复杂工程问题中。随着实际工程问题数据及规模的不断增大,传统集中式方法受限于单机计算的瓶颈难以处理大规模复杂系统的优化问题。与集中式方法不同... 详细信息

优化问题广泛存在于智能电网经济调度、多机器人系统任务分配、传感器网络定位等大规模复杂工程问题中。随着实际工程问题数据及规模的不断增大,传统集中式方法受限于单机计算的瓶颈难以处理大规模复杂系统的优化问题。与集中式方法不同,分布式优化本质上是一种去中心化的方法,具有良好的可扩展性、协作性和数据隐私保护能力,近年来受到学术界和工业界的广泛关注。分布式优化算法离不开通信网络,在一些装配微型控制器的应用场景中,智能体的计算/通信资源有限,因此亟需设计高效的通信方式以降低通信负担。另外,快速收敛对于提升多智能体系统性能、增强抗干扰能力具有重要意义。因此,本文以凸优化理论、多智能体一致性技术、代数图论等为基础,以高效的通信方式和快速的收敛性能为研究主线,系统研究了多智能体系统基于事件触发机制的分布式预定时间优化算法设计问题。本文主要内容和贡献工作如下:(1)针对一类目标函数光滑的多智能体分布式无约束优化问题,设计了零梯度和框架下的基于动态事件触发机制的分布式预定时间优化算法。该零梯度和框架避免了传统方法需要额外的辅助变量的弊端,减少了变量的使用,降低了算法计算/通信负担。通过设计合适的动态事件触发函数,结合时变增益函数技术,提出了一种只需间歇通信且具有预定时间收敛性能的分布式优化算法,并通过李雅普诺夫函数稳定性理论证明了算法在预定时间内收敛于精确最优解。(2)针对一类集合约束且目标函数非光滑的多智能体分布式优化问题,基于惩罚函数思路,设计了动态事件触发通信下的分布式预定时间约束优化算法。通过设计合适的惩罚函数,本文首先将一致性等式约束转换为惩罚项并叠加至原目标函数中,给出了转换后的优化问题与原问题的等价条件。在此基础上,基于动态事件触发机制、微分包含、时基发生器等技术,设计了一种新的分布式事件触发约束优化算法,解决了现有工作无法同时处理集合约束、事件触发通信、预定时间收敛的难题。通过严格的理论分析,证明了该事件触发算法能在预定时间内收敛于精确解的任意小的邻域内。

关键词：多智能体系统分布式优化预定时间收敛动态事件触发通信时变增益函数

基于时变增益的微电网分布式预定时间经济调度算法

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南昌大学学报（理科版） 2024年第1期48卷 95-102页

作者：郭志军洪宝源黎倩汤明南昌大学信息工程学院江西南昌330031 南昌大学先进制造学院江西南昌330031

针对微电网的经济调度问题,本文提出了一种基于时变增益的预定时间分布式优化算法。不同于传统渐进/指数收敛算法,本文提出的算法能保证发电单元输出功率在给定时间内收敛于最优值。同时,该给定时间可由设计者根据任务需要提前设定,且... 详细信息

针对微电网的经济调度问题,本文提出了一种基于时变增益的预定时间分布式优化算法。不同于传统渐进/指数收敛算法,本文提出的算法能保证发电单元输出功率在给定时间内收敛于最优值。同时,该给定时间可由设计者根据任务需要提前设定,且不受系统初始条件及系统控制参数影响。利用凸优化理论、李雅普诺夫稳定性理论,综合分析了算法的预定时间收敛性能。最后,通过数值仿真案例验证了算法的有效性。

关键词：分布式经济调度微电网预定时间收敛多智能体系统

垂直起降重复使用火箭全剖面飞行预设性能控制

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航空学报 2023年

作者：张亮李丹钰崔乃刚李源中山大学航空航天学院哈尔滨工业大学航天学院南京理工大学能源与动力工程学院

针对垂直起降重复使用火箭在多异类执行机构作用下的全剖面飞行高精度强鲁棒姿态控制系统设计需求，提出了预设性能控制方法，采用一套控制结构与控制参数，可实现火箭的全程飞行控制。首先，建立了垂直起降重复使用火箭的七个飞行阶段... 详细信息

针对垂直起降重复使用火箭在多异类执行机构作用下的全剖面飞行高精度强鲁棒姿态控制系统设计需求，提出了预设性能控制方法，采用一套控制结构与控制参数，可实现火箭的全程飞行控制。首先，建立了垂直起降重复使用火箭的七个飞行阶段动力学模型，同时为减少制导指令切换产生的突变，设计了二阶系统参考模型，并基于参考模型推导了姿态跟踪误差状态方程。其次，设计一种新型的具有指定收敛时间特性的预设性能函数，并推导了新的误差变量，建立了控制模型。然后，基于新的误差变量推导了具有预定时间收敛特性的姿态控制律，并证明了其稳定性。最后，为进一步提高鲁棒性，引入自抗扰控制中的扩张状态观测器理念，对新误差变量的二阶导数以及外界扰动进行估计，从而降低了控制器的复杂度，提高了控制精度。通过与PD控制器、自抗扰滑模控制器和其他预设性能控制器的仿真比较表明，本文提出的方法具有参数少、调参简单、精度高和鲁棒性强等优点。

关键词：垂直起降火箭预设性能控制预定时间收敛扩张状态观测器

多智能体集群博弈的分布式纳什均衡搜索算法研究

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多智能体集群博弈的分布式纳什均衡搜索算法研究

作者：牛付喜中南大学

学位级别：硕士

多智能体分布式集群博弈旨在通过博弈理论的相关概念和思想,借助分布式优化和决策控制等理论来探究群体的合作与竞争行为。本文在有向图下,考虑了无约束和带约束的分布式集群博弈(广义)纳什均衡求解问题,主要工作总结如下:(1)研究了强... 详细信息

多智能体分布式集群博弈旨在通过博弈理论的相关概念和思想,借助分布式优化和决策控制等理论来探究群体的合作与竞争行为。本文在有向图下,考虑了无约束和带约束的分布式集群博弈(广义)纳什均衡求解问题,主要工作总结如下:(1)研究了强连通切换拓扑下丢失通信和不丢失通信的多智能体集群博弈纳什均衡搜索问题,分别提出了分布式求解算法。首先,针对决策估计问题,借助分层网络的思想对集群通信拓扑进行了重构,并设计了分布式决策和代价函数估计器。然后,基于梯度法,设计了相应的分布式纳什均衡寻求策略。最后,通过李亚普洛夫稳定性理论和奇异摄动分析方法,证明了算法的稳定性。(2)研究了联合强连通切换拓扑下的多智能体集群博弈纳什均衡搜索问题,提出了双时间尺度下的分布式求解策略。首先,通过分析拓扑图对算法设计的影响,给出了一种联合强连通切换拓扑下集群代价函数估计方法,并针对智能体知道全局和部分决策信息的情形,分别设计了一种(半)分布式纳什均衡搜索算法。最后,在不同假设条件下,分别给出了算法的局部和非局部收敛性结果。(3)研究了异构非线性Euler-Lagrange系统的多智能体集群博弈广义纳什均衡搜索问题,分别设计了参数依赖和参数无关的分布式求解算法。首先,通过变分分析法,证明了变分不等式的解是一定条件下问题的变分广义纳什均衡。然后,基于状态反馈和跟踪控制等方法,设计了相应的分布式广义纳什均衡求解策略。最后,证明了算法在参数可用时全局指数收敛,在参数不确定时也达到全局渐近收敛。(4)研究了混合异构系统的集群博弈广义纳什均衡搜索问题,提出了预定时间广义纳什均衡求解算法。通过构造精确罚函数和时基发生器,分别解决了集群内部存在不等式约束和控制行为不连续的问题,并基于此设计了参数依赖和参数独立的分布式广义纳什均衡搜索算法,理论证明了算法可以不依赖初值的在预先指定的时间收敛。

关键词：多智能体系统多智能体集群博弈纳什均衡广义纳什均衡分布式算法预定时间收敛