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关于自抗扰控制的稳定性分析

控制理论与应用 2024年第8期41卷 1501-1505页

作者：黄一中国科学院数学与系统科学研究院系统控制重点实验室北京100190 中国科学院大学数学科学学院北京100049

1引言自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)在提出后的很长一段时间里在学术界有很大争议,一个重要原因是ADRC在提出时并没有给相关稳定性证明.近十多年来,ADRC的理论分析方面已经有了很多进展,但是在进行ADRC稳定性... 详细信息

1引言自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)在提出后的很长一段时间里在学术界有很大争议,一个重要原因是ADRC在提出时并没有给相关稳定性证明.近十多年来,ADRC的理论分析方面已经有了很多进展,但是在进行ADRC稳定性分析时,如何对“总扰动”的数学性质进行比较合理的假设,依然会困扰一些希望进行自抗扰控制稳定性分析的学者,其中一个比较突出的问题是简单地假设“总扰动”或者其时间导数有界往往会被认为犯了所谓循环论证的错误.

关键词：自抗扰控制数学性质循环论证 ADRC 稳定性分析稳定性证明扰动

可回收火箭大气层内动力下降的多阶段鲁棒优化制导方法

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自动化学报 2024年第3期50卷 505-517页

作者：冯子鑫薛文超张冉齐洪胜中国科学院大学数学科学学院北京100049 中国科学院数学与系统科学研究院系统控制重点实验室北京100190 北京航空航天大学宇航学院北京100191

针对大气层内可回收火箭的动力下降问题,提出一种多阶段的鲁棒优化(Robust optimization,RO)方法.由于大气层内存在未知风场,如何在火箭下降段考虑这种不确定性具有十分重要的意义.首先,建立一个关于高度的不确定风场模型,在该风场下给... 详细信息

针对大气层内可回收火箭的动力下降问题,提出一种多阶段的鲁棒优化(Robust optimization,RO)方法.由于大气层内存在未知风场,如何在火箭下降段考虑这种不确定性具有十分重要的意义.首先,建立一个关于高度的不确定风场模型,在该风场下给出火箭动力下降的鲁棒最优控制问题.为了求解该问题,使用一种对不等式约束采取一阶近似并将一阶项作为安全裕量加入约束的鲁棒优化方法,得到一个可以求解的单阶段鲁棒优化算法.其次,定量给出安全裕量的上界,基于该上界提出一种多阶段鲁棒优化算法,避免单阶段鲁棒优化算法中安全裕量可能过大导致无法求解的问题.最后,通过仿真对比各个算法在多个实际风场下的性能,结果表明所提出的多阶段鲁棒优化方法同时具有较高的落点精度和对于不同风场的鲁棒性.

关键词：大气层内动力下降鲁棒优化可回收火箭制导与控制不确定风场

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二值量测误差FIR系统参数迭代辨识

控制理论与应用 2024年第7期41卷 1197-1206页

作者：郭健薛文超王婷张纪峰中国科学院数学与系统科学研究院系统科学研究所北京100080 北京科技大学智能科学与技术学院北京100080

本文考虑了量测数据为二值输出且含量测误差的一类有限脉冲响应(FIR)系统的参数辨识问题,其中,量测误差使得二值型量测值有一定概率得到相反的取值.首先,对所考虑的FIR系统,给出了参数的极大似然估计(MLE),证明了在噪声满足一定正则条件... 详细信息

本文考虑了量测数据为二值输出且含量测误差的一类有限脉冲响应(FIR)系统的参数辨识问题,其中,量测误差使得二值型量测值有一定概率得到相反的取值.首先,对所考虑的FIR系统,给出了参数的极大似然估计(MLE),证明了在噪声满足一定正则条件下MLE的强收敛性和渐近正态性.此外,通过分析似然函数的性质,给出了一种基于期望最大化(EM)方法的MLE迭代求解算法.为适应更一般的量测误差情形,给出了带投影的迭代求解算法,并从理论上证明了迭代估计序列的有界性.进一步,在给定数量的观测下,得到了似然函数具有唯一最大值点的必要和充分条件,并在持续激励输入条件下,证明了迭代估计误差以指数速度收敛到零.最后,利用数值模拟结果验证了所提出算法的有效性.

关键词：二值观测极大似然估计系统辨识强收敛性渐近正态性指数收敛速度

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考虑弹性影响的运载火箭自抗扰减载控制方法

航空学报 2024年

作者：刘子博张冉薛文超李惠峰北京航空航天大学宇航学院中国科学院数学与系统科学研究院系统控制重点实验室

运载火箭的减载控制通过减小攻角以降低气动载荷，然而，现有的自抗扰减载控制方法未充分考虑弹性影响，可能导致干扰估计精度下降，甚至降低控制系统的稳定性。为此，本文分析了弹性振动对干扰估计及观测器增益的影响，提出了一种抑制... 详细信息

运载火箭的减载控制通过减小攻角以降低气动载荷，然而，现有的自抗扰减载控制方法未充分考虑弹性影响，可能导致干扰估计精度下降，甚至降低控制系统的稳定性。为此，本文分析了弹性振动对干扰估计及观测器增益的影响，提出了一种抑制弹性振动的改进措施，通过隔离弹性运动与刚体运动，使扩张状态观测器的量测输入与观测模型相匹配。基于此，推导了考虑弹性振动的自抗扰减载控制系统的开环传递函数，并给出一套参数整定规则，通过合理配置减载反馈控制带宽和扩张状态观测器带宽，在保证系统稳定裕度的基础上，简化了参数整定过程。仿真与实验结果表明，该方法提升了系统稳定性，同时实现了有效的干扰抑制和减载效果。最后，通过半实物仿真和火箭飞行实验验证了该算法的可行性。

关键词：运载火箭姿态控制减载控制弹性振动干扰抑制自抗扰控制飞行实验

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位移无拖曳控制的动力学协调条件研究

宇航学报 2024年第4期45卷 540-549页

作者：苟兴宇王丽娇许现民邹奎蒋庆华北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术全国重点实验室北京100094 中国科学院数学与系统科学研究院科学与工程计算国家重点实验室北京100190

针对位移无拖曳控制的可实现性问题及避免推力饱和问题,首先基于位移无拖曳控制动力学方程,推导出位移无拖曳控制系统中连续可变推力推进子系统的最大推力需要满足的基本动力学协调条件。进一步由位移无拖曳控制动力学方程退化得到的切... 详细信息

针对位移无拖曳控制的可实现性问题及避免推力饱和问题,首先基于位移无拖曳控制动力学方程,推导出位移无拖曳控制系统中连续可变推力推进子系统的最大推力需要满足的基本动力学协调条件。进一步由位移无拖曳控制动力学方程退化得到的切换动力学方程,推导出负刚度加速度函数为线性及非线性函数两种情形下的让步动力学协调条件。针对让步动力学协调条件开展了仿真比对,结果表明,强非线性情形下的让步动力学协调条件比退化的线性情形更加严苛。最后通过分析给出位移无拖曳控制避免推力饱和的、定性的动力学协调条件,并得到仿真校验,即:检验质量初始状态及指令状态应在让步动力学协调条件区域内靠近负刚度力零位,开环系统时间延迟尽可能短,并且控制带宽应折中选择。

关键词：位移无拖曳控制动力学协调条件切换动力学方程 Hamilton函数检验质量状态初值

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精度可控的边界表示模型网格生成

浙江大学学报（工学版） 2024年第2期58卷 257-267页

作者：曾铮贾晓红辛士庆严冬明中国科学院数学与系统科学研究院系统科学研究所北京100190 山东大学计算机科学与技术学院山东青岛250100 中国科学院自动化研究所多模态人工智能系统全国重点实验室北京100190 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

针对边界表示模型生成的面网格模型存在的误差大、分辨率高和不水密的问题,提出针对计算机辅助设计(CAD)实体模型的保精度网格生成算法.算法通过同步生成对齐共边点对保证网格的水密性;利用连续表征设计网格目标边长,以生成高精度、低... 详细信息

针对边界表示模型生成的面网格模型存在的误差大、分辨率高和不水密的问题,提出针对计算机辅助设计(CAD)实体模型的保精度网格生成算法.算法通过同步生成对齐共边点对保证网格的水密性;利用连续表征设计网格目标边长,以生成高精度、低分辨率的网格.与现有的开源网格生成软件相比,算法能用更少的网格面片数生成精度更高的网格,且网格质量与其相当.

关键词：边界表示模型网格生成水密性精度优化网格分辨率优化

基于转移概率分布的组合信用转移风险参数估计与压力测试

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系统工程理论与实践 2024年第3期44卷 893-911页

作者：史若诗何寅杰赵延龙包莹中国工商银行博士后科研工作站北京100140 中国科学院数学与系统科学研究院系统控制重点实验室北京100190 中国科学院大学数学科学学院北京100049 中国工商银行总行风险管理部北京100140

近年来,压力测试因其衡量金融危机等极端环境下风险的特性在现代银行风险管理中发挥着越来越重要的作用.准确衡量组合风险受系统性因素的驱动作用,是有效控制金融风险,防范金融危机的关键.本文研究了组合信用风险参数估计与压力测试问题... 详细信息

近年来,压力测试因其衡量金融危机等极端环境下风险的特性在现代银行风险管理中发挥着越来越重要的作用.准确衡量组合风险受系统性因素的驱动作用,是有效控制金融风险,防范金融危机的关键.本文研究了组合信用风险参数估计与压力测试问题,建立了包含系统性因子和多级相关性系数的Vasicek信用转移模型,分析了相关性系数对各评级间信用转移概率的影响,给出了使得评级单调一致的相关性系数条件,保证了信用评级转移概率的单调一致性;构造了基于降级概率分布的参数估计方法,利用转移概率矩阵推导出市场均衡状态下的评级寿命分布,进而给出了相关性系数和系统性因子的估计算法.与已有算法相比,本文提出的方法减弱了系统性因子固定偏差的影响,克服了算法对系统性因子分布的依赖,在降低计算代价的同时提高了估计的精确度.仿真实验结果表明,本文提出的方法有效提高了计算速度,对系统性因子、相关系数及组合损失的估计效果都显著优于已有方法;利用该方法估计的极端损失可以更充分地覆盖样本外组合损失,使得在压力测试中能够更好地预判和防范金融风险,维护金融市场稳定.

关键词：组合信用风险 Vasicek模型信用转移概率矩阵压力测试

基于多尺度1D-CNN和注意力机制的汇率多步预测研究

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系统工程理论与实践 2024年第6期44卷 1934-1949页

作者：王刚陈红马敬玲王珏合肥工业大学管理学院合肥230009 过程优化与智能决策教育部重点实验室合肥230009 中国科学院数学与系统科学研究院北京100190

深度学习在处理时间序列数据上具有优势,在汇率时间序列的应用研究中,目前深度学习主要关注于单步预测,即利用以前时点的数据预测下一个时点的汇率数据.然而,在实际应用中,这种单步预测方式往往无法为决策者提供足够的决策信息;同时,由... 详细信息

深度学习在处理时间序列数据上具有优势,在汇率时间序列的应用研究中,目前深度学习主要关注于单步预测,即利用以前时点的数据预测下一个时点的汇率数据.然而,在实际应用中,这种单步预测方式往往无法为决策者提供足够的决策信息;同时,由于汇率时间序列呈现出非平稳、复杂度高等特点,直接利用传统深度学习方法进行预测无法充分挖掘汇率序列的特征及规律.为此,本研究提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(1D-CNN)和注意力机制的汇率多步预测方法,该方法在自适应的融合多尺度特征的同时,差异化的融合汇率不同时刻的时间序列特征,实现汇率的多步预测.通过实验发现,所提方法相较于基准方法,如差分整合移动平均自回归模型、支持向量回归、随机游走、极限梯度提升算法、长短期记忆网络等具有更高的预测精度,表明该方法能够为外汇市场投资者提供决策支持.

关键词：汇率多步预测深度学习多尺度1D-CNN 注意力机制

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