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输入时滞多智能体系统的输入受限一致性控制

系统工程与电子技术 2024年第9期46卷 3176-3184页

作者：刘伟民王永越马欣阳刘金琨北方自动控制技术研究所山西太原030006 北京理工大学自动化学院北京100081 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对具有输入幅值约束的输入时滞机械系统,研究基于有向图拓扑的多智能体系统(multi-agent system,MAS)的一致性控制问题。对于只有部分智能体能够接收到理想信号的情况,提出一种观测器,使每个智能体都能观测到理想信号,并证明观测误差... 详细信息

针对具有输入幅值约束的输入时滞机械系统,研究基于有向图拓扑的多智能体系统(multi-agent system,MAS)的一致性控制问题。对于只有部分智能体能够接收到理想信号的情况,提出一种观测器,使每个智能体都能观测到理想信号,并证明观测误差的指数收敛性。在控制器设计中,通过将系统的输入积分反馈到控制器中,消除输入延迟的影响;结合输入积分法和双曲正切函数,在解决输入延迟问题的同时限制控制输入幅值,并利用FMINCON函数优化控制参数。最后,利用李雅普诺夫方法证明控制目标的实现和闭环系统的渐近稳定性。仿真结果表明,所提出的观测器和控制器能够有效实现系统的一致性控制。

关键词：多智能体系统有向图输入受限输入延迟一致性控制

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基于深度神经网络的自适应图像伺服空中对接控制

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飞行力学 2024年

作者：黄远潭任锦瑞刘润潇全权北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院西安邮电大学自动化学院

基于图像的视觉伺服是机器人视觉领域的研究热点之一，尤其是在无人机领域。为解决侧风等气流扰动对无人机图像伺服控制带来的影响，首先依据图像伺服基本模型，推导出小机动无人机图像误差变化率的扰动项；然后利用深度神经网络离线学... 详细信息

基于图像的视觉伺服是机器人视觉领域的研究热点之一，尤其是在无人机领域。为解决侧风等气流扰动对无人机图像伺服控制带来的影响，首先依据图像伺服基本模型，推导出小机动无人机图像误差变化率的扰动项；然后利用深度神经网络离线学习图像误差变化率的风扰动项，在此基础上利用在线自适应技术对速度控制器实时补偿。仿真结果表明，所提方法能使空中加油对接效率在侧风干扰条件下比常规的基于图像视觉伺服提高约20%。

关键词：视觉伺服图像伺服空中对接深度神经网络自适应控制

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非仿射非线性系统控制综述

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2367-2381页

作者：全权陈炼北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 交通运输部公路科学研究院物流工程研究中心北京100088

作为仿射非线性系统更一般化的描述,非仿射非线性系统所对应的实际应用更加广泛,也更贴近实际。因此,研究非仿射非线性系统的控制问题十分重要。然而,非线性系统的非仿射特性会使控制信号以非线性函数形式出现在闭环系统中,从而带来诸... 详细信息

作为仿射非线性系统更一般化的描述,非仿射非线性系统所对应的实际应用更加广泛,也更贴近实际。因此,研究非仿射非线性系统的控制问题十分重要。然而,非线性系统的非仿射特性会使控制信号以非线性函数形式出现在闭环系统中,从而带来诸如控制方向未知、奇异、过零等问题。由此,解决非仿射非线性系统的控制问题面临着巨大的挑战。基于此,介绍了仿射、严格反馈和高阶系统的相关背景知识,总结和分析了解决非仿射非线性系统控制的3种解决思路,包括函数变换法、参考模型法和数据驱动法。在已有的研究成果基础上,指出非仿射非线性系统研究领域所面临的挑战和发展趋势。

关键词：非仿射系统非线性系统严格反馈数据驱动加性分解

连续纤维增强热塑性复合材料构件增材制造工艺力学及机制的多尺度模拟研究进展

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4502-4517页

作者：燕鑫王莘儒刘思琴常保宁刘斐祝颖丹张武翔丁希仑北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京航空航天大学宁波创新研究院中国科学院宁波材料技术与工程研究所

连续纤维增强热塑性复合材料由于优异的力学和化学性能，具有广阔的应用前景。针对高性能复杂结构零件自动化制造需求，以自动铺放及连续纤维3D打印成型技术为代表的连续纤维增强热塑性复合材料的增材制造技术引起广泛关注。增材制造过... 详细信息

连续纤维增强热塑性复合材料由于优异的力学和化学性能，具有广阔的应用前景。针对高性能复杂结构零件自动化制造需求，以自动铺放及连续纤维3D打印成型技术为代表的连续纤维增强热塑性复合材料的增材制造技术引起广泛关注。增材制造过程是一个包含多尺度、多物理场的复杂过程，工艺机制尚不明确，且热塑性聚合物具有熔点高、黏度大等特性，增大了加工难度，成型工艺控制极具挑战。由于成型过程包含一系列力学问题，采用多尺度工艺力学仿真，结合理论与实验研究可以构建成型工艺参数及成型工艺质量之间的关联，为优化工艺参数设计和装备模块设计提供理论支持。多尺度模拟工艺力学及机制研究涉及到对各类复杂物理现象的理解和捕捉，算法种类繁杂，模型构建难度大，使得多尺度工艺力学建模颇具挑战性。本文总结了近年来不同尺度模拟方法在自动铺放及连续纤维3D打印等连续纤维增强热塑性复合材料工艺机制研究方面的进展，并对未来的发展方向及应用前景进行了分析和展望。

关键词：连续纤维增强热塑性复合材料增材制造工艺力学工艺机制多尺度仿真

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基于改进能量谷优化的多无人机空战目标分配

系统工程与电子技术 2024年

作者：张嘉辉蒙志君何家政王子琛林尤深北京航空航天大学航空科学与工程学院

针对多无人机空战目标分配问题，本文提出一种基于改进能量谷优化的多无人机空战目标分配方法。首先，建立无人机空战态势评估模型，对多无人机空战目标分配问题进行数学建模。然后，在能量谷优化算法的基础上，对算法中粒子衰变过程进... 详细信息

针对多无人机空战目标分配问题，本文提出一种基于改进能量谷优化的多无人机空战目标分配方法。首先，建立无人机空战态势评估模型，对多无人机空战目标分配问题进行数学建模。然后，在能量谷优化算法的基础上，对算法中粒子衰变过程进行改进，使能量谷优化算法适用于离散型优化问题，并提出混沌映射初始化和二进制改进两种改进措施。最后，分别开展消融实验与有效性实验对所提方法的有效性进行验证。仿真结果表明，本文所提改进措施对于在无人机目标分配任务中能量谷优化算法的算法效果具有一定的提升，且改进能量谷优化算法能够适用于多无人机空战目标分配问题，在多无人机空战中具有一定的应用意义。

关键词：多无人机空战目标分配能量谷优化态势评估

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胰岛素泵组典型故障机理建模与仿真分析

北京航空航天大学学报 2024年

作者：王伟杰郭丁珲李翔宇耿艺璇权龙太原理工大学机械与运载工程学院北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

胰岛素泵是糖尿病患者进行胰岛素强化治疗的先进设备，一旦发生故障会影响胰岛素的正常输注，进而引起血糖异常升高、引发酮症酸中毒等不良后果，危及生命安全。建立数学模型描述胰岛素泵组故障机理是实现其故障诊断的基础。但是胰岛素... 详细信息

胰岛素泵是糖尿病患者进行胰岛素强化治疗的先进设备，一旦发生故障会影响胰岛素的正常输注，进而引起血糖异常升高、引发酮症酸中毒等不良后果，危及生命安全。建立数学模型描述胰岛素泵组故障机理是实现其故障诊断的基础。但是胰岛素泵组涉及针头和软管的刚、弹性约束，以及胰岛素和泵管的流、固体多能域，这为胰岛素泵组故障机理建模及影响分析带来挑战。对此，本文基于功率流理论，针对堵塞和泄露两种典型故障，建立胰岛素泵组健康和故障状态下的流体传动数学模型。在此基础上，定量分析了泄漏与堵塞故障对于胰岛素泵组流体流动的影响。通过计算与仿真，模型的计算结果与专业流体软件仿真结果最大误差为0.57%；定量分析了不同程度泄漏故障与堵塞故障对胰岛素泵组输出流量和腔体压力的影响程度；特别对于堵塞故障，当堵塞层厚度小于0.6 mm时，胰岛素的输出流量与腔体压力变化并不显著，当堵塞层厚度超过0.6 mm时，随着堵塞层厚度的增加，堵塞对流量和压力变化显著增大。

关键词：胰岛素泵组功率流建模与仿真故障机理分析

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有翼飞行器初制导阶段两段式协同集结方法

系统工程与电子技术 2024年第10期46卷 3492-3505页

作者：徐星光何星才任章北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京机电工程研究所北京100074

针对多枚有翼飞行器初制导阶段跨大空域飞行的协同集结问题,将协同集结问题转化为初始部署点到编队协同飞行区域之间的时间与位置协同问题。将协同集结过程划分为两个阶段,第一阶段飞行器间无信息交互,设计了带有集结角度约束的第一阶... 详细信息

针对多枚有翼飞行器初制导阶段跨大空域飞行的协同集结问题,将协同集结问题转化为初始部署点到编队协同飞行区域之间的时间与位置协同问题。将协同集结过程划分为两个阶段,第一阶段飞行器间无信息交互,设计了带有集结角度约束的第一阶段时间协同集结方法,为各枚飞行器指定共同的集结时间和集结角度,采用模糊逻辑实现航迹控制与速度控制的合理分配,在可靠建立通信拓扑且满足终端放宽判断条件后,转入第二阶段协同集结飞行。第二阶段飞行器利用相互间构建的通信拓扑交互信息,为跟随者飞行器设计了基于编队跟踪控制的协同集结方法,通过李雅普诺夫理论对闭环系统稳定性进行了证明。仿真算例验证了所提方法的有效性。

关键词：有翼飞行器协同集结领-从模式模糊逻辑编队跟踪控制

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重置事件触发机制下多智能体系统二分一致性

控制理论与应用 2024年

作者：张良印陈霞郝飞青岛理工大学信息与控制工程学院北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

本文研究了细节平衡通信拓扑图下的一阶多智能体系统的二分一致性问题.不同于文献中常见的动态事件触发方法,提出一种与重置机制相结合的新型动态事件触发控制策略,触发条件阈值中的外部动态变量可以根据预设的重置条件进行调节,当局部... 详细信息

本文研究了细节平衡通信拓扑图下的一阶多智能体系统的二分一致性问题.不同于文献中常见的动态事件触发方法,提出一种与重置机制相结合的新型动态事件触发控制策略,触发条件阈值中的外部动态变量可以根据预设的重置条件进行调节,当局部不一致状态偏差达到预设重置条件时,动态变量将被重置为其初始值,由此避免系统临近一致点时的频繁触发现象,在保证期望控制性能的同时,进一步降低系统的通信负担.文章提出的重置事件触发条件仅依赖智能体的局部状态构成,无需全局信息.随后,本文应用代数图论和李雅普诺夫稳定性理论,证明了系统的实用二分一致性.此外,给出了无芝诺行为的理论分析.最后,通过仿真验证了提出方法的有效性.

关键词：多智能体系统重置事件触发控制二分一致性细节平衡图李雅普诺夫方法

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基于自适应UKF的卫星星座自主导航方法

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2655-2666页

作者：王栋杨静熊凯北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京控制工程研究所空间智能控制技术重点实验室北京100094

针对卫星星座自主导航系统中存在的模型不确定性及难以准确获取的时变系统噪声统计特性影响导航精度的问题,提出了一种系统噪声在线自适应调整的UKF算法。基于所提出的自适应UKF算法设计了一种基于星间相对测量的卫星星座自主导航方法,... 详细信息

针对卫星星座自主导航系统中存在的模型不确定性及难以准确获取的时变系统噪声统计特性影响导航精度的问题,提出了一种系统噪声在线自适应调整的UKF算法。基于所提出的自适应UKF算法设计了一种基于星间相对测量的卫星星座自主导航方法,该方法结合奇异值分解和比例修正的采样策略,解决了应用UKF时易出现状态误差方差阵丧失正定性而导致的Cholesky分解无法进行的问题。通过在低轨区域星座和中轨全球星座上的仿真实验,验证了该算法在提高滤波精度以及改善状态估计置信度方面的有效性,所提算法的定轨精度优于EKF算法、自适应EKF算法以及基于对称采样策略的UKF算法。采用CRLB分析法对导航算法的估计性能进行了分析验证。

关键词：星座自主导航 EKF UKF 自适应滤波 CRLB