控制理论与应用杂志

控制理论与应用杂志2021年第2期

• 考虑谐波影响的开关磁阻电机无位置技术研究

  周丽芳,许爱德,李倩妮,朱景伟

  针对用传统傅里叶级数相电感模型估计开关磁阻电机转子位置时直接忽略高次谐波, 仅考虑到基波或者二次谐波, 导致位置估计精度不高的问题, 提出了一种考虑谐波影响的开关磁阻电机无位置控制方法. 该方法通过对电感进行坐标变换以及差值电感辨识, 消除了傅里叶级数电感的直流分量、偶次谐波分量以及三的倍数次谐波分量. 选取谐波含量最少的差值电感构建角度—–差值电感关系数学模型, 利用其特征点估算转子位置. 为了验证所提算法的有效性以及正确性, 以一台12/8极开关磁阻电机为控制对象, 进行了仿真以及实验. 实验结果表明, 减少电感谐波后估计转子位置精度提高, 且在较大电流条件下用差值电感估计转子位置角度时, 位置估计精度几乎不受电机磁饱和因素的影响.

• 基于集值观测器的风能转换系统多类型故障检测的设计

  赵睿楠,沈艳霞

  针对受延时输入影响的风能转换系统的故障检测问题, 本文设计了基于集值观测器的故障检测策略. 风能转换系统常见故障可以区分为加性故障与乘性故障, 本文对增广统一风能转换系统模型, 设计一种全局集值观测器, 通过改变所选择的状态集顶点和参考误差区间, 改变增益矩阵元素的取值范围, 选择合适的增益矩阵, 实现精确的状态跟踪. 在此基础上设计了同时考虑状态相对估计误差与输出的绝对估计误差的故障检测策略. 仿真结果表明, 本文设计的故障检测策略对常见多类型故障可以做出快速的故障判断. 对比Rosa所设计的故障检测策略, 该研究在故障检测时间上具有明显优势.

• 采用滑模条件积分的无人驾驶汽车弯道超车路径规划与跟踪控制

  张家旭,周时莹,施正堂,赵健,朱冰

  针对无人驾驶汽车弯道超车场景, 基于五次多项式曲线提出一种路径规划算法和基于滑模条件积分控制方法提出一种路径跟踪控制策略. 首先, 为了简化无人驾驶汽车弯道超车路径规划过程, 将其分解成驶入超车道路径、保持超车道内行驶路径和驶回原车道路径3部分, 并基于五次多项式曲线分别规划出满足汽车侧向加速度约束和动态障碍物避障约束的驶入超车道路径和驶回原车道路径, 3部分路径平滑连接构成无人驾驶汽车弯道超车路径. 随后, 为了高精度的跟踪规划的路径, 采用滑模条件积分控制方法设计具有强鲁棒性优点且无抖振的无人驾驶汽车路径跟踪控制策略, 并采用李雅普诺夫稳定性理论证明其收敛性. 最后, 进行了算法的仿真验证, 结果表明: 所提出无人驾驶汽车路径规划算法和路径跟踪控制策略可以引导无人驾驶汽车安全、舒适的完成弯道超车操作, 并且相对于斯坦利方法, 具有更快的响应速度和更高的跟踪精度.

• 车辆路径问题的轻鲁棒优化模型与算法

  孙亮,潘全科,邹温强,王亚敏

  针对不确定旅行时间下的车辆路径问题, 以总变动成本最小为优化目标, 建立了一种轻鲁棒优化模型, 提出了一种针对问题特征的超启发式粒子群算法. 在算法中, 利用基于图论中深度优先搜索的初始化策略加快算法的早期收敛速度, 引入基于均衡策略的启发式规则变换方式来提高算法的寻优能力, 重新设计的粒子更新公式确保生成低层构造算法的有效性. 实验结果表明: 所提算法能有效地求解不确定旅行时间下的车辆路径问题.

• 基于扩展雅可比矩阵的冗余液压驱动四足机器人运动控制

  陈光荣,郭盛,侯博文,王军政

  针对冗余液压驱动四足机器人运动学逆解问题, 提出一种基于扩展雅可比矩阵的冗余液压驱动四足机器人运动控制方法. 该方法既能解决冗余自由度带来的逆解多解问题, 还能使机器人足端入地角度满足摩擦锥要求避免足端滑动. 首先, 规划机器人足端轨迹得到机器人足端速度, 在分析机器人足端入地角度对机器人运动性能影响的基础上, 结合机器人腿部结构几何关系, 建立扩展雅可比矩阵, 确立机器人关节角度速度和足端速度的映射关系, 即得到机器人关节角度的解. 然后, 在对角步态下, 通过仿真对传统的梯度投影法和提出的扩展雅可比矩阵法进行对比, 理论分析及仿真表明传统的梯度投影法存在误差累积, 且在实时性上不如扩展雅可比矩阵法. 最后, 实验验证了基于扩展雅可比矩阵逆运动学分析方法的可行性和有效性.

• 双边信息不对称参与者风险厌恶的应急数量折扣契约

  刘浪,黄冬宏,汪惠

  探寻双边信息不对称、一个参与者风险厌恶时, 应急数量折扣契约协调供应链应对突发事件的内在规律.借助“利他委托人”理论, 科学设置参与者的激励和参与约束条件, 在市场价格随机的条件下构建双边信息不对称、一个参与者风险厌恶的应急数量折扣契约. 分析信息不对称和风险厌恶对供应链上各决策变量、供应链及链上成员绩效的影响, 并通过具体的算例仿真加以验证. 研究结果表明: 当参与者风险厌恶程度确定时, 供销双方信息预测越准确, 供应链期望收益越大. 但风险厌恶的参与者收益随着信息透明度的增加而增加, 风险中性参与者的收益随着信息透明度的增加而减少. 当信息不对称状态确定时, 参与者风险厌恶程度越高其身收益越大. 在双边信息不对称的情况下, 参与者的风险防范意识有利于规避风险, 但风险厌恶的零售商有相对信息优势, 而风险厌恶的供应商没有相对信息优势.

• 充液航天器的鲁棒固定时间终端滑模容错控制

  王宏伟,宋晓娟,吕书锋

  本文以三轴稳定充液航天器为研究背景, 在其进行姿态机动控制过程中充分考虑了外部未知干扰、参数不确定、执行器故障和控制输入饱和等因素的影响, 提出了一种固定时间终端滑模控制策略. 动力学建模过程中, 利用粘性球摆等效力学模型模拟液体燃料小幅晃动, 通过拉格朗日方程推导出航天器的耦合动力学模型. 姿态控制器设计过程中, 首先构造固定时间滑模面, 使其稳定到平衡位置的时间与系统初始状态无关. 然后采用固定时间控制理论结合自适应估计算法提出了自适应固定时间容错控制律, 其中自适应算法用于估计系统集总扰动的未知上界. 所提出的控制策略采用饱和函数克服终端滑模控制方案中存在的奇异性问题, 同时保证系统状态快速收敛到固定时间滑模面. 根据Lyapunov稳定性理论证明了系统状态能够在固定时间内收敛到原点的较小邻域内. 对比的数值仿真方法验证了本文提出控制方法的有效性和鲁棒性.

• 求解旅行商问题的自适应升温模拟退火算法

  陈科胜,鲜思东,郭鹏

  针对传统模拟退火算法在求解问题时容易陷入局部最优解的情况, 本文通过设计一种自适应的升温控制因子, 提出了一种求解旅行商问题(TSP)的自适应升温模拟退火算法, 有效地控制局部寻优达到全局寻优能力, 并证明了改进的自适应模拟退火算法收敛性. 通过TSPLIB数据库对改进算法全局寻优效果的测试, 结果表明改进后的算法具有全局寻优能力、泛化性强等特点: 即在TSPLIB提供的绝大部分TSP问题数据中, 均能找到全局最优解, 且收敛速度快.

• 基于感知源的数据驱动信任评测模型

  田鹤,王彦超,赵海,邵士亮

  为解决物联网数据源头的可靠问题, 构建一种基于感知源的数据驱动信任评测模型. 模型以监测模块为评测单元, 由中继节点完成其所在监测模块内感知节点的信任评测, 通过感知节点自身数据之间的关系实现直接信任的计算, 利用监测模块内各邻居节点之间关系实现推荐信任的计算, 再结合历史信任, 输出感知节点的综合信任.同时与模型预设的可疑阈值和异常阈值进行对比, 更新历史信任和信任列表, 实现感知节点的异常检测, 利用预警检测误差和失信检测误差对模型的检测效果进行评价, 统计结果表明模型能够保持较低的平均误差. 将信任机制引入到数据融合过程, 用综合信任作为加权因子, 从而提高了数据融合的准确度. 最后, 通过实验仿真对信任评测模型进行评价, 结果表明引入信任评测模型后延长了节点开始死亡的时间, 随着节点的更新迭代, 失信节点越来越少,在一定程度上提高了节点的存活率, 延长了网络的生命周期.

• 舵鳍联合自抗扰主从控制策略设计

  宋吉广,王继铭,梁利华,史洪宇

  在分析舰船航行中所受干扰特性的基础上, 针对目前舵鳍联合控制中存在的问题, 以虚拟控制力作为中间变量, 设计了主从结构的舵鳍联合控制策略. 主控制器采用非线性干扰观测器对环境扰动和模型不确定性进行估计, 在此基础上以虚拟控制力作为控制量采用自抗扰结构, 对船舶三自由度运动进行联合控制. 同时, 在主控制器设计中包含了舵/鳍伺服系统的实际约束, 保证了从控制器解的可行性. 基于遗传算法设计了数值反演从控制器, 求取最终的控制量. 通过船模试验和仿真对所设计的控制器进行了验证, 试验和仿真结果表明所设计的两步主从控制策略具有较好的控制效果.

• 带有误差修正项的自适应学习控制

  李国军,王亢,卢甜甜,董齐芬,陈东杰

  本文讨论了二阶系统在任意初态偏差下的自适应控制问题, 借助学习控制及其初始修正的思想, 提出了两种带有修正初态偏差功能的自适应控制策略: 一阶吸引子控制器和零阶吸引子控制器. 两种控制器都是将整个控制过程分成若干个等长时间的子过程, 在每个子过程中控制算法都会进行误差校正和参数学习. 其中, 一阶吸引子控制器在每个子过程中同时修正所有状态偏差; 而零阶吸引子控制器在每个子过程中先修正高阶状态偏差, 再修正低阶状态偏差. 并且两种控制器在控制过程中, 都利用反正切函数对控制量进行连续化处理, 解决了控制过程中的颤振问题. 最后, 通过计算机仿真验证了算法的有效性.

• 动力定位船轨迹跟踪鲁棒自适应容错控制

  王元慧,王海滨,张晓云

  本文研究了输入饱和状态下的动力定位船故障容错鲁棒自适应控制问题. 该问题以动力定位船轨迹跟踪任务为目标, 提出了一种新颖的鲁棒自适应控制器的设计, 并且引入了二阶快速非奇异终端滑模和神经网络控制算法保证了控制器在实际任务中的执行效果. 首先, 介绍了三自由度动力定位船的运动模型包括了运动学模型和动力学模型以及推进器故障模型. 然后, 设计了二阶快速非奇异终端滑模面, 提出了一种针对时变扰动和模型不确定性的鲁棒控制方案, 保证系统无抖振现象的前提下实现了系统更快的收敛速度. 同时运用被动容错控制思想, 确保动力定位船在推进器故障发生时依然能够实现预计的跟踪性能. 此外, 通过Lyapunov稳定性判据分析, 证明了提出的改进自适应滑模控制方法可确保系统在初始状态未知前提下, 跟踪误差渐近收敛于零. 最后, 通过数值仿真实验结果验证了控制律的有效性.