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基于生物启发模型的欠驱动水平tora系统的有界输入镇定控制

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控制与决策 2022年第5期37卷 1153-1159页

作者：潘昌忠崔臣臣周兰熊培银陈君湖南科技大学信息与电气工程学院湖南湘潭411201

针对欠驱动水平tora(translational oscillators with rotating actuator)系统,提出一种基于生物启发模型的有界输入控制方法,实现系统在执行器存在饱和约束情况下的镇定控制.首先,根据水平tora系统的动力学模型分析系统的无源特性,进... 详细信息

针对欠驱动水平tora(translational oscillators with rotating actuator)系统,提出一种基于生物启发模型的有界输入控制方法,实现系统在执行器存在饱和约束情况下的镇定控制.首先,根据水平tora系统的动力学模型分析系统的无源特性,进而给出系统的控制目标;接着,基于无源特性构造一种新颖的Lyapunov函数,在此基础上设计一种结构简单的非线性状态反馈控制器;然后,考虑执行器的饱和约束条件,引入受生物启发建立的神经动力学模型,利用该模型的有界平滑输出特性,设计一种改进的状态反馈控制器;最后,根据LaSalle不变性原理对系统的稳定性进行严格的数学分析和证明.与其他方法相比,所提方法不仅考虑了执行器的饱和约束问题,而且设计的控制算法简单高效,易于工程实现.仿真与对比结果表明,所提方法具有更好的控制性能.

关键词： tora 饱和约束生物启发模型欠驱动系统有界输入镇定控制

考虑输入受限及干扰影响的欠驱动tora系统的镇定控制研究

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考虑输入受限及干扰影响的欠驱动TORA系统的镇定控制研究

作者：崔臣臣湖南科技大学

学位级别：硕士

具有旋转激励的平移振荡器(Translational Oscillator with Rotating Actuator,tora)的控制输入个数少于自由度的个数,是一类典型的欠驱动系统。同时由于它具有强耦合,高度非线性的特点,常被作为一种欠驱动基准系统用于非线性控制器设... 详细信息

具有旋转激励的平移振荡器(Translational Oscillator with Rotating Actuator,tora)的控制输入个数少于自由度的个数,是一类典型的欠驱动系统。同时由于它具有强耦合,高度非线性的特点,常被作为一种欠驱动基准系统用于非线性控制器设计及非线性控制算法的性能检验。此外,在工程上,tora系统常作为主动质量阻尼器(Active Mass Damper,AMD)用于大型实际工程系统的主动振动抑制。因此,对tora系统进行控制问题研究具有重要的理论和实际意义。目前国内外对欠驱动tora系统进行了比较广泛的研究,也取得了丰富的研究成果,但是在实际应用中,系统的输入由于物理特性的限制只能提供有限的控制力矩,而且出于成本及系统结构的考虑,系统的角速度信息往往难以测量。此外,系统还不可避免地会受到各种不确定外界干扰的影响,所以有必要研究欠驱动tora系统在输入受限及外界干扰影响的输出反馈控制问题。本文以欠驱动水平tora系统为研究对象,结合生物启发模型、新颖储能函数和线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)技术,研究欠驱动tora系统在输入受限、角速度不可测及外界干扰影响下的镇定控制问题,旨在提出一种非线性有界输入的输出反馈镇定控制方法。具体工作如下:(1)针对输入受限的问题,提出一种基于生物启发模型的欠驱动tora系统有界输入稳定控制方法,解决实际应用中执行器存在饱和约束的问题。首先,根据系统的无源特性构造一种新颖的Lyapunov函数;然后,考虑执行器的饱和约束条件,引入受生物启发建立的神经动力学模型,利用其有界和平滑输出特性设计一种有界输入的控制器;最后,根据Lyapunov稳定性理论和LaSalle不变集原理对系统的稳定性进行严格的数学分析与证明,并在MATLAB上进行仿真测试。测试结果表明,所提方法保证了系统所需的控制输入力矩不超过执行器可提供的最大输入力矩,而且在稳定时间、振荡幅值和鲁棒性等方面具有更好的性能。(2)针对小球角速度不可测的问题,提出一种基于新颖储能函数的欠驱动tora系统输出反馈控制方法,解决角速度不可测的问题。首先,构造一种增加了辅助信号的新颖储能函数;然后,利用Lyapunov稳定性理论直接推导出以饱和函数实现的限幅控制律和动态产生虚拟角速度信号的辅助信号,实现系统的输出反馈控制;最后,根据Lyapunov稳定性理论和LaSalle不变集原理对系统的稳定性进行严格的数学分析与证明,并通过仿真测试进行验证。仿真测试表明,所提控制方法不需要角速度信息的反馈就可以实现系统的镇定控制,且输入力矩始终不超过设定的最大输入力矩。另外,所提控制方法具有稳定时间短,超调量低,鲁棒性强等优点。(3)针对外界干扰影响的欠驱动tora系统,提出一种基于LESO的连续状态反馈控制方法。首先,通过坐标变换将整个系统变换为两个子系统组成的级联模型;然后,利用Backstepping控制的思想,对第一个内环子系统设计一种虚拟控制输入实现内环子系统的镇定控制,对第二个子系统构造LESO用于观测外界不确定干扰,并在此基础上设计一种连续状态反馈控制器;最后,采用Lyapunov稳定性理论和LaSalle不变集原理对tora系统的闭环稳定性和LESO的收敛性进行严格的分析与证明。仿真测试表明所提方法可以对外界未知干扰进行有效的估计和补偿,不仅降低控制系统对系统模型的依赖性,使得控制器具有更好的鲁棒性,而且设计过程清晰,控制过程连续,使系统具有更平滑的控制性能。

关键词： tora 欠驱动系统输入受限输出反馈镇定控制线性扩张状态观测器

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tora的动力学建模及基于能量的控制设计

自动化学报 2008年第9期34卷 1221-1224页

作者：高丙团东南大学电气工程学院南京210096

针对旋转小球在垂直平面内运动的欠驱动tora(Transla- tional oscillators with rotating actuator),采用基于能量的方法,设计了系统的状态反馈控制器.基于拉格朗日方程,建立了tora的动力学模型,从能量的角度出发,说明了系统的无源特性... 详细信息

针对旋转小球在垂直平面内运动的欠驱动tora(Transla- tional oscillators with rotating actuator),采用基于能量的方法,设计了系统的状态反馈控制器.基于拉格朗日方程,建立了tora的动力学模型,从能量的角度出发,说明了系统的无源特性,在此基础上设计了一个合适李亚普诺夫函数,从而得到了系统的控制算法;采用拉萨尔不变性原理分析了控制系统的稳定性.数值仿真实验证明了控制器的有效性。

关键词：基于能量的控制设计 tora 欠驱动李亚普诺夫函数无源性

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非线性递推控制tora系统

电子学报 2013年第11期41卷 2252-2255页

作者：郭卫平刘殿通李帅烟台大学计算机学院山东烟台264005

针对欠驱动系统tora,通过部分反馈线性化和全局坐标变换,得到系统的非线性反馈级联模型.为tora系统提出了一种两步递推反步设计方法,得到系统的非线性控制器.设计过程中利用李雅普诺夫稳定理论保证了系统的稳定性.仿真结果表明系统在任... 详细信息

针对欠驱动系统tora,通过部分反馈线性化和全局坐标变换,得到系统的非线性反馈级联模型.为tora系统提出了一种两步递推反步设计方法,得到系统的非线性控制器.设计过程中利用李雅普诺夫稳定理论保证了系统的稳定性.仿真结果表明系统在任何初始状态下均能渐进稳定于其原点.

关键词：欠驱动系统 tora 反步非线性控制递推

基于最大反馈线性化的tora系统非奇异镇定控制

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控制与决策 2018年第8期33卷 1415-1421页

作者：张宇郭源博李芦钰张晓华大连理工大学电气工程学院辽宁大连116024 大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024

针对tora系统的镇定控制问题,提出一种基于最大反馈线性化的非奇异控制器设计方案.应用拉格朗日方程建立tora系统的数学模型,采用微分代数方法计算tora系统中具有最大相对阶的虚拟输出函数,以此为基础通过反馈线性化将tora的数学模型转... 详细信息

针对tora系统的镇定控制问题,提出一种基于最大反馈线性化的非奇异控制器设计方案.应用拉格朗日方程建立tora系统的数学模型,采用微分代数方法计算tora系统中具有最大相对阶的虚拟输出函数,以此为基础通过反馈线性化将tora的数学模型转化为具有稳定内动态的三阶线性系统,采用极点配置方案为tora系统设计镇定控制器.为了解决控制律中存在的奇异值问题,采用梯度动力学方法对控制器进行调整.最后通过仿真分析验证基于最大反馈线性化的控制方案的有效性.

关键词： tora 最大反馈线性化极点配置梯度动力学方法非奇异控制

波罗的海希瓦氏菌和杀鲑气单胞菌致腐性及tora还原酶差异比较

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水产学报 2020年第3期44卷 495-504页

作者：毕伟伟冯立芳石双妮缪晨豪朱军莉田迪英浙江工商大学食品与生物工程学院浙江省食品安全重点实验室

为了研究冷藏海产品中腐败菌希瓦氏菌和气单胞菌的致腐性差异,本实验比较分析了大黄鱼源波罗的海希瓦氏菌和杀鲑气单胞菌在28°C和4°C下的生长及三甲胺(TMA)、生物胺和挥发性盐基氮(TVB-N)的生成;通过PCR技术扩增2种腐败菌的氧化三甲... 详细信息

为了研究冷藏海产品中腐败菌希瓦氏菌和气单胞菌的致腐性差异,本实验比较分析了大黄鱼源波罗的海希瓦氏菌和杀鲑气单胞菌在28°C和4°C下的生长及三甲胺(TMA)、生物胺和挥发性盐基氮(TVB-N)的生成;通过PCR技术扩增2种腐败菌的氧化三甲胺还原酶基因(tora),利用生物信息学比较tora蛋白的相似性、理化特性和蛋白空间结构。结果显示,杀鲑气单胞菌在28°C生长较快,而波罗的海希瓦氏菌在4°C生长更快。相对于杀鲑气单胞菌形成较高的尸胺,波罗的海希瓦氏菌产生更多TMA和腐胺,在冷藏鱼汁中积累更高TVB-N。同时在波罗的海希瓦氏菌和杀鲑气单胞菌中分别扩增出2 490和1 959 bp的tora基因,2种tora蛋白与同属菌相似性高于97%,而二者相似性仅为36.90%。波罗的海希瓦氏菌tora蛋白的分子量和等电点分别为92.3 ku和6.52,甘氨酸含量最高,而杀鲑气单胞菌中tora蛋白的分子量和等电点分别为90.6 ku和6.74,丙氨酸含量最高,蛋白结构差异明显。且希瓦氏菌中tora和鸟氨酸脱羧酶(DOC)基因表达量分别为气单胞菌的1.26和19.04倍。可见,波罗的海希瓦氏菌和杀鲑气单胞菌为海产品嗜冷腐败菌,其中希瓦氏菌胺类代谢能力更强,与其tora特定理化特性和高表达量相关。本研究为揭示海产品微生物的致腐机制提供理论支持。

关键词：希瓦氏菌气单胞菌致腐性 tora

Designing an Adaptive Neural Network Controller for tora System by using Feedback Error Learning

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Designing an Adaptive Neural Network Controller for TORA Sys...

2010 Chinese Control and Decision Conference

作者： Alireza Taheri Mehdi Tavan Mohammad Teshnehlab Electrical Eng.Dep't Islamic Azad Uni.Science ＆ Research BranchTehranIran Department of Electrical Engineering K.N.Toosi University of TechnologyTehranIran

＜正＞As a special kind of nonlinear systems,underactuated systems are of great interest in both theoretical research and real *** tora（Translational Oscillator with Rotational Actuator） is an underactuated *** system was developed as a simplified model of a dual-spin spacecraft and rotary machines for investigating the resonance capture *** paper presents a new method for control of tora system by using Feedback Error Learning（FEL） *** neural network was used in this scheme,and backpropagation techniques utilized as learning algorithm for stabilization of *** results are presented to show that the proposed FEL is able to stabilize the tora system even in the presence of disturbance.

关键词： tora feedback error learning neural network stabilization MLP

来源： cnki会议评论

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tora路由协议研究与实现

TORA路由协议研究与实现

作者：李虹南京林业大学

学位级别：硕士

无线传感器网络作为将信息世界以及物理世界融合的网络,它依靠监测范围中节点采集、处理以及传输数据信息,改变了人与自然的交互方式,极大地扩展了网络的功能以及人类认识世界的能力,受到了国内外学者的高度重视。路由协议作为无线传感... 详细信息

无线传感器网络作为将信息世界以及物理世界融合的网络,它依靠监测范围中节点采集、处理以及传输数据信息,改变了人与自然的交互方式,极大地扩展了网络的功能以及人类认识世界的能力,受到了国内外学者的高度重视。路由协议作为无线传感器网络重点探究内容,不断地优化和改进显得极具价值。tora(Temporally Ordered Routing Algorithm)是一种按需路由协议,通过引入高度机制进行链路选择,可以在源—目节点间形成一条或者多条有效链路,具有高鲁棒性和高效性等优点,被广泛应用在各个领域,但也存在网络负载不均、开销大等问题。针对上述问题,本文在对经典tora深入研究的基础上提出一种结合负载均衡策略和低开销策略的优化协议—tora-p。它利用网络MAC层信息计算所得的节点空闲度,定义链路可用性这一参数,将该参数作为选路的优先参考指标,优化节点下一跳选择,分散了网络数据流量;同时,它以互联网封装协议IMEP(Internet MANET Encapsulation Protocol)应答机制中BEACON包发送间隔内节点链路变化得分为参数,定义网络变化率,自适应地调整OBM包的最大重发次数,减少链路故障误检带来的不必要路由维护开销。为了验证tora-p的优越性,本文在TrueTime2.0平台上对算法做了仿真对比。首先选取路由开销和节点能量均衡性两个指标验证了低开销策略和负载均衡策略的可行性,同时,仿真结果也说明优化后的tora-p节点能量更加均衡,网络整体开销更低;接着通过仿真实验比较本文优化算法与按需协议DSR以及AODV的优劣,首先在发包率变化以及节点最大移动速度变化的情况下测试了各算法的时延、分组递交率、路由开销以及网络能耗的表现,接着选取网络生存时间指标进一步测试各算法。结果表明:从总体来看,tora-p在降低时延、提升分组递交率、减少路由开销和能耗上更加具有优势,提升了网络可靠性的同时也延长了网络生存时间。最后,采用TelosB节点对优化算法tora-p进行了硬件验证。首先以采集环境中温湿度和光照信息为例,描述了tora-p实现;接着在发包总量变化和发包周期变化下分别测试了tora和tora-p的丢包性能,展现出了tora-p低丢包率,高可靠性的优势;最后,依据WSN节点能耗模型,实际测量了tora以及tora-p不同网络运行时间下的能耗,结果显示:tora-p较tora协议能耗更低,资源利用率更高。

关键词： tora TrueTime2.0 TelosB 低开销负载均衡

Ad Hoc网络tora路由协议的研究与改进

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Ad Hoc网络TORA路由协议的研究与改进

作者：陈汉元湖北大学

学位级别：硕士

物联网(Internet of things, IOT)、无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)和无线体域网(Wireless Body Area Network, WBAN)是现代通信领域的研究热点,它们的一个共同特征就是以自组织方式进行组网,即它们都可以看作是Ad Ho... 详细信息

物联网(Internet of things, IOT)、无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)和无线体域网(Wireless Body Area Network, WBAN)是现代通信领域的研究热点,它们的一个共同特征就是以自组织方式进行组网,即它们都可以看作是Ad Hoc网络。路由机制是Ad Hoc网络的一个主要研究方向。Ad Hoc网络主要应用在无线移动通信领域,网络能耗是制约其性能的一个重要因素,因此高效率节能路由算法的研究就显得格外重要。在不同的出发点和原理机制下,众多算法被引入到Ad Hoc网络路由协议中,其中由于临时序列路由算法(Temporally Ordered Routing Algorithm, tora)协议具有较好的鲁棒性和高效性,在Ad Hoc网络中得到广泛的应用。但当网络拓扑发生变化较小或者几乎不变化的情况下, tora路由机制只会在单一路径下进行消息传送,这会导致部分中间节点能量的提前耗尽,从而降低整个网络的可靠性和缩短网络的生存周期。另外,由于tora具有较好的鲁棒性等优点,通常被使用在较大规模的Ad Hoc网络环境中。但是tora需要通过周期性的对全网进行广播路由分组消息来建立路由路径,因此会带来较大的网络开销,不利于延长网络的生存周期和减少网络的能耗。对于tora协议在网络拓扑变化不大情况下存在的不足,本文采用了多点中继机制(Multipoint Relay, MPR)对tora协议进行了改进和优化,通过对改进前后tora协议的网络平均时延和分组投递率这两个性能指标的比较分析显示tora-MPR协议比tora协议性能有了提高;另外针对在大规模Ad Hoc网络中tora协议建立路由需要较大网络开销,本文采用了分簇算法对tora协议进行了优化,通过仿真结果表明：CB-tora (Cluster-Based tora)协议提高了网络的可靠性和降低了网络开销。

关键词： tora Ad Hoc 网络开销多点中继分簇算法