控制理论与应用杂志

控制理论与应用杂志2019年第11期

• 有限博弈的矩阵半张量积方法

  程代展,刘泽群

  矩阵半张量积被广泛地应用在有限博弈的研究中, 例如: (1) 演化博弈; (2) 势博弈; (3) 有限博弈的向量空间分解; (4) 基于势博弈的优化与控制; (5) 合作博弈等. 本文的目的, 就是对上述各种应用做一个全面的介绍, 包括其原理、主要成果、以及尚待解决的问题.

• 分布式优化的多智能体方法

  王龙,卢开红,关永强

  分布式优化作为分布式协调控制领域中的一个基本而重要的研究课题, 近年来, 不同领域的众多学者对其产生了广泛的研究兴趣. 本文总结归纳了分布式优化的研究现状和近期的研究成果, 重点对离线分布式优化和在线分布式优化进行了阐述, 并从算法设计和收敛性分析这两个角度进行了剖析. 特别地, 针对一类混合均衡问题, 本文介绍了一类分布式求解算法. 最后, 阐述了当前尚未解决的问题和未来的研究方向.

• 特征迁移中投影子空间的分析与构造

  程朝阳,明杨,洪奕光

  近年来, 针对实际应用场景中可匹配的训练数据不足的问题, 科研人员发展出了迁移学习的概念, 希望通过提取源域数据的特征信息进行迁移, 从而提升目标域的学习效果. 本文根据迁移学习所处理的不同数据类型, 构造了两种典型的模型：单类别投影基构造模型与监督多类别投影模型. 由于子空间投影可以在一定程度上反映原始样本空间的特征性质. 因此, 我们应用线性判别分析的技巧以及最大均值差异的思想，分别构造了上述模型的求解算法并对相应的非线性核方法进行了推广.

• 一类离散时间切换线性系统的无差拍控制

  原华丽,孙振东

  研究一类带多控制器和多传感器离散时间线性系统的无差拍控制. 对能控系统, 通过适当的状态坐标变换获得系统矩阵的块三角结构, 再设计状态反馈和周期切换策略使得状态反馈矩阵在有限周期内为零, 从而保证闭环系统的无差拍稳定. 进一步, 对能观系统, 设计具有有限时间精确估计的动态输出反馈, 通过适当的周期切换策略实现闭环系统的无差拍稳定. 最后, 给出一个例子以验证所提设计方法的有效性.

• 稳定降阶控制器设计的新方法(英文)

  段志生,郝宇清

  这篇文章首先提出了稳定降阶控制器的一个特殊结构, 然后给出了两种控制器设计方法. 一种是基于新的松弛变量的特殊构造, 另一种是基于分离李雅普诺夫矩阵和控制器矩阵的两步法. 新的方法可以处理具有不同阶数和不同数目不稳定极点的几个系统的同时镇定问题, 而这个问题是很难用一般的鲁棒控制方法处理的. 本文提出的新方法还可以拓展到处理H无穷, 严格正实以及分散控制问题. 最后, 我们讨论了控制器的范数约束问题. 在该方法中, 甚至每一个控制器参数都可以被施加绝对值约束. 本文还讨论了相关的NP难问题, 给出了相应的控制器设计算法. 最后, 给出了几个例子验证了所提出的设计方法的有效性, 并且对这两种设计方法进行了对比.

• 基于网络演算的网络故障检测方法

  章子游,赵千川,杨文

  在计算机网络系统中, 由于存在外界攻击, 设备寿命有限等原因, 网络设备不可避免地会发生故障. 在本文中, 我们提出了一种基于网络演算的故障检测方法, 并证明了该方法能在确定的时延范围内检测出网络中节点发生故障及恢复正常的时间, 以及节点的故障种类. 在仿真算例上测试发现, 我们的方法能及时检测出节点故障和正常的时间, 且检测的平均准确率比当前常用的基于LSTM的方法高很多.

• 不确定非线性系统自适应动态事件触发输出反馈镇定(英文)

  李会,刘允刚,黄亚欣

  本文研究了一类不确定非线性系统的动态事件触发输出反馈镇定问题. 显著不同的是系统具有依赖于不可测状态的增长且增长率为输出的未知多项式. 尽管已有一些连续自适应控制器, 但需要巧妙融合非线性状态观测器、系统未知性的动态补偿以及非线性的抵御, 因此这些控制器具有一定的脆弱性, 不能平凡地拓展到不连续情形 (采样误差导致). 为此, 首先通过引入动态高增益和基于高增益的观测器来分别抵御未知增长率和重构系统不可测状态. 进而, 意识到静态事件触发机制的无效性, 通过引入动态事件触发机制, 成功设计出了事件触发输出反馈控制器, 确保了系统状态的全局有界性和收敛性. 数值仿真验证了所设计控制器的有效性.

• 具Cauchy-Ventcel边界的阻尼波方程的对数衰减性(英文)

  付晓玉,柳絮,朱先政

  本文研究有界区域上具Cauchy-Ventcel边界条件的波动方程的解的衰减性质。在不要求耗散区域满足几何控制条件的情形下，我们得到了波方程的对数衰减结果。 主要结果的证明依赖于具Cauchy-Ventcel边界条件的椭圆方程的插值不等式以及关于该椭圆方程的预解式估计。为得到期望的插值不等式， 我们采用的工具是整体Carleman估计。

• 多阶段传感器-武器-目标分配问题的建模与优化求解

  王艺鹏,辛斌,陈杰

  本文在静态传感器–武器–目标分配(S–WTA)问题的基础上, 将作战过程分为多个拦截阶段, 以最小化来袭目标的剩余威胁的期望值为目标, 建立了一种多阶段S–WTA问题模型. 为了求解该问题, 本文将多阶段S–WTA问题分解为两类作战资源分配子问题. 首先, 提出了一种基于知识的增量式构造型启发式算法对多阶段武器–目标分配子问题进行求解. 根据已确定的多阶段武器–目标分配方案, 提出了一种基于边际损失的构造型启发式算法求解多阶段传感器–目标分配子问题. 结合两种低复杂度、快速构造型启发式算法实现多阶段S–WTA问题的有效求解.本文选取了基于随机排列(RP)的随机采样算法作为对比算法, 并通过仿真实验验证了算法的有效性. 实验结果表明, 本文提出的算法在大部分算例的求解质量和时间成本上都优于RP算法.

• 具有切换概率分布的概率布尔网络的依分布稳定和镇定

  李雅璐,李海涛,丁雪莹

  布尔网络作为研究基因调控网络的一种重要模型, 近年来引起了国内外很多学者的广泛关注. 本文利用代数状态空间表示方法, 研究具有切换概率分布的概率布尔网络的依分布稳定和镇定问题. 首先, 回顾针对切换布尔网络稳定性分析的现有的研究结果. 其次, 给出具有切换概率分布的概率布尔网络依分布稳定的定义, 并利用矩阵的半张量积建立具有切换概率分布的概率布尔网络的代数表示. 再次, 基于该代数表示, 建立具有切换概率分布的概率布尔网络的依分布稳定的充分必要条件. 最后, 给出具有切换概率分布的概率布尔控制网络镇定问题可解的充要条件, 并给出相应的控制设计方法.

• French-DeGroot社会网络模型的结构辨识与参数估计

  董艳萍,任晓涛,赵文虓

  近年来社会网络的研究受到越来越多的关注, 本文研究基于French-DeGroot模型的社会网络参数和结构辨识问题, 通过网络中个体对话题所持的观点来判断个体间是否存在影响关系、进一步估计个体之间影响的大小. 具体而言: 假设网络存在固执个体(stubborn agents)和非固执个体(non-stubborn agents) 两类, 当固执个体的观点为零均值独立同分布随机变量序列时, 利用最小二乘算法估计网络未知参数, 证明了估计的强一致性并给出收敛速度; 进一步, 构造结构辨识算法判断个体间是否存在影响关系, 证明了结构辨识算法的有限时间收敛性. 最后给出仿真例子验证算法的有效性.

• 采用扰动估计的气动人工肌肉系统非线性控制

  梁定坤,孙宁,吴易鸣,陈轶珩,秦岩丁,方勇纯

  气动人工肌肉系统凭借其材质轻便、输出力大及柔顺性好等优势, 其运动控制研究近年来逐渐成为热点问题. 然而, 气动人工肌肉(pneumatic artificial muscle, PAM)系统所固有的特性(如迟滞、蠕变、非线性时变等), 为其控制方法设计与实现带来了挑战. 考虑到实际工作过程中, 系统往往遭受未知干扰的影响, 本文针对气动人工肌肉系统, 提出了一种基于干扰估计的非线性控制策略, 可在系统存在持续不确定干扰的情况下, 在线进行扰动抑制, 实现精确的跟踪控制. 具体而言, 本文先通过模型变换, 将系统不确定性、未建模动态、外部扰动等处理成集总扰动的形式. 随后, 结合自适应更新律及正则化最小二乘算法, 在线估计未知系统参数及扰动; 在精确扰动代数估计的基础上, 通过所提基于干扰估计的非线性控制器, 消除未知扰动对系统造成的影响, 并确保跟踪误差收敛至零. 此外, 经稳定性分析证明了跟踪误差的渐近收敛性. 最后, 通过硬件实验验证了本文方法的有效性及鲁棒性.

• 基于原子力显微镜动力学模型的新型接触式扫描成像策略(英文)

  刘存桓,方勇纯,樊志,王超,武毅男

  面向高速高精度原子力显微镜的扫描成像策略是当今微纳米控制领域的热点问题。本文设计了一种新型的原子力显微镜接触式扫描算法，该算法充分挖掘了AFM压电陶瓷运动平台和微悬臂的动力学特性，通过对微悬臂偏转角进行跟踪控制以达到AFM高速高精度成像的目的。在动力学建模方面，本文提出了一种新颖的基于AFM压电陶瓷运动平台动态方程及微悬臂动态特性的复合动力学模型，该模型所构建的动力学系统可以通过压电陶瓷的输入电压对微悬臂偏转角进行精确控制。在此基础上，本文设计了一种新型的图像融合算法，利用AFM正反向扫描得到的两幅图像进行融合匹配，能够较好地消除AFM控制周期暂态特性所带来的图像畸变，提高AFM扫描成像准确度。本文所提出扫描成像策略的有效性在AFM实验平台上进行了验证，实验结果表明此成像策略能够在较高扫描频率下得到较为理想的成像效果。最后通过对比实验将这种方法与传统接触式扫描算法的成像效果进行了比较，结果表明对比传统方法本文所提出的AFM成像策略可以更好地保证成像速度和精确度。

• 单参数离散时间非线性系统的可镇定性定理(英文)

  刘兆波,李婵颖

  本文对基本的离散时间非线性单参数随机系统建立了可镇定性定理. 该定理推进了文献[1]的结果, 进一步完善了关于离散时间自适应控制的反馈能力刻画. 离散时间单参数系统可镇定的一个重要非线性临界常数是4, 用以刻画关于幂函数类系统的反馈能力. 而作为本文定理的应用, 本文对一类典型的单参数离散时间非线性随机系统发现了新的可镇定临界常数2.

• 面向图分割问题的确定性退火控制算法

  吴征天,高庆

  图分割问题是一种典型的NP-hard 问题, 如何对其进行高效求解一直都是学界和工业界的一个难题. 本文构建了一种新型的确定性退火控制算法, 提供了图分割问题的一种高质量近似解法. 算法主要由两部分构成: 全局收敛的迭代过程以及屏障函数最小点组成的收敛路径. 我们证明了，当屏障因子从足够大的实数降为0, 沿着一系列由屏障问题最小点组成的收敛路径可以得到图分割问题的一种高质量的近似解. 仿真计算结果表明本文所构建算法相比已有方法的优越性

• 考虑电池寿命的四轮轮毂电动汽车制动能量优化控制

  徐薇,陈虹,赵海艳

  制动能量回收系统能够将动能转化为电能存储到电池中，从而有效提高电动汽车的续驶里程，然而频繁的制动会引起电池的频繁充电。电池寿命与其工作的外部环境有直接关系，如充放电倍率，电池剩余电量及工作温度。单纯的制动能量回收并没有考虑回馈制动的时间点，时间长度和制动强度给电池寿命带来的影响，而这些都是影响电池老化的不可忽略的因素。电动汽车制动过程具有电机制动和液压制动两种制动模式，本文针对制动工况，对四轮轮毂电动汽车建立了制动模式下的能耗模型和电池寿命模型，设计了电机/液压制动模式协调优化控制器，旨在同时兼顾电动汽车的能量回收与电池寿命的损耗。基于AMESim/Simulink 联合仿真平台对制动能量回收给电池寿命带来的影响进行了仿真分析，并对所提出的控制策略进行了仿真验证，与未考虑电池寿命的策略进行了对比，最后对不同的初始电池荷电状态和不同的制动强度对优化的影响进行了分析。

• 度量区间时序逻辑下四旋翼的集成任务与运动规划(英文)

  蓝梦露,赖叔朋,陈本美

  本文采用优化方法解决度量区间时序逻辑下进行四旋翼的集成任务与运动规划问题。传统方法通常将任务约束和运动约束分层处理。由于不同规划层所使用的抽象模型并不完全匹配，任务规划层求解出的高层策略往往无法有效地被低层的运动规划层执行，从而只能找到次优的运动轨迹甚至找不到解。本文摒弃分层规划的策略，采用B样条拟合运动轨迹，将问题转化问一个混合整数线性规划问题，直接在同一层处理带有时序逻辑的任务约束以及运动约束。与其他现有方法对比，我们的方法保证了连续时间下的轨迹也可以完全满足所有约束条件，而非只有离散的轨迹点才可以满足。我们用四旋翼模型进行了一系列仿真验证，仿真结果表明了方法的有效性