控制理论与应用杂志

控制理论与应用杂志2023年第8期

• 带边界非线性干扰的反稳定波方程的镇定

  梅占东,竺迪

  本文研究了一类具有边界控制匹配非线性干扰的反稳定波动方程的镇定问题. 本文只用了两个量测, 构造了一个无限维干扰估计器来实时估计状态和总干扰, 该估计器既不要求干扰的导数有界, 也不需要高增益. 基于估计的总干扰和估计的状态, 本文设计了输出反馈控制律稳定原系统. 此外, 本文还证明了闭环系统的其他状态是有界的. 为了说明理论结果, 下文给出了一些数值模拟.

• 具有外部干扰的不稳定剪切梁的输入–状态稳定

  张涵雯,王军民

  本文针对一端受到范德华力的不稳定剪切梁方程, 考虑其输入–状态稳定性问题. 通过可逆变换把方程等价地变成一个具有反馈循环的2 × 2的一阶运输方程与常微分方程的耦合系统. 通过自抗扰控制方法, 给出具有时变增益的扩张状态观测器来估计干扰. 应用Backstepping变换和干扰估计量, 设计系统的反馈控制来补偿系统本身的不稳定以及消除匹配干扰. 通过C0–半群方法证明闭环系统的适定性, 以及Lyapunov方法证明闭环系统的输入–状态稳定性. 数值仿真验证理论结果的正确性.

• ODE–热方程级联系统的事件触发控制

  杨辉,宗西举,郑泽阳,徐秀妮

  本文针对常微分方程(ODE)耦合偏微分方程(PDE)建模的分布式参数多智能体系统进行研究, 针对一致性同步问题, 提出了事件触发的网络化ODE–热方程级联系统多智能体一致性边界交互协议. 本文考虑的热方程左边界为Neumann边界条件, 并且与ODE系统耦合, 右边界为绝热边界条件. 假设网络化多智能体系统的连接方式为全联通有向拓扑图, 给出ODE–热方程级联系统的多智能体的一致性控制协议. 另外针对现有数字式控制器, 设计了事件触发的一致性控制协议, 并利用李雅普诺夫函数验证了在事件触发条件下ODE–热方程级联系统的稳定性. 最后给出了由5个ODE–热方程级联的多智能体系统的仿真结果, 验证了事件触发控制器的有效性.

• 分数阶扩散系统子区域能控性研究的现状与发展

  葛富东,陈阳泉,寇春海

  近年来, 随着分数阶微积分理论研究的不断深入, 分数阶扩散系统因更有效描述自然界和工程中的反常扩散现象而引起了学者们的广泛关注, 并取得了较为丰硕的研究成果. 然而, 据作者所知, 目前鲜有文献总结分数阶扩散系统子区域能控性研究的相关内容. 因此, 本文首先详细综述分数阶扩散系统能控性、子区域能控性的研究进展,并予以分析; 然后给出仍需解决的问题和可能的研究机遇.

• 带有常数干扰的正则线性系统的镇定

  支霞,冯红银萍

  本文考虑带有常数干扰的抽象正则线性系统的状态反馈镇定问题. 本文控制设计采用线性系统的动态补偿方法, 将传统的PID控制推广到无穷维正则线性系统. 通过引入积分作用, 控制器可以有效地补偿常数干扰. 论文给出了具体的状态反馈法则, 并证明了对应闭环系统的指数稳定性. 理论结果被应用于带有常数干扰的不稳定热方程, 给出了控制器及其闭环系统的指数稳定性, 数值仿真验证了本文理论结果的有效性.

• 具有边界扰动的不确定Euler-Bernoulli梁方程输出反馈控制

  马国耀,蒋奇,宗西举

  针对带有边界扰动、内部不确定扰动和外部扰动的Euler-Bernoulli梁方程, 为克服传统扰动观测器引入的高增益及未知扰动导数难以准确求解问题, 本文将主动干扰抑制控制(ADRC)技术应用到Euler-Bernoulli梁方程这个偏微分方程(PDE)系统上, 提出并设计了一种新的在线扰动观测器, 可实时估计扰动值. 依据估计扰动值, 设计了一个边界输出反馈控制器. 仿真结果表明, 本文所提出的方法可很好地实现对内部不确定扰动和外部扰动的估计,配合输出反馈控制器, 可对边界扰动进行有效抑制, 进而实现系统的指数稳定

• 双层网络上多智能体系统的部分分量一致

  杨珺博,马忠军,李科赞

  部分分量一致是指多智能体系统中所有状态变量的一些分量在时间趋于正无穷的情况下具有收敛性, 是一种比恒同一致弱的动力学行为. 本文将一阶领导–跟随多智能体系统推广到双层网络, 在此基础上分别构造了两个合适的牵制控制器, 并得到了相应的误差系统, 然后运用矩阵理论和稳定性理论, 将该系统的部分分量一致性问题转化为误差系统的部分变元稳定性问题, 并导出该双层领导–跟随多智能体系统实现部分分量一致性的充分条件. 最后, 数值模拟验证了理论结果的正确性.

• 切换拓扑下测量受限多智能体系统一致性迭代学习控制

  陈引娟,宁小刚,魏永东,李宗刚

  针对通信拓扑至少含有一个沿迭代轴的联合生成树且同时沿有限时间轴和无限迭代轴切换的情况, 文本研究了存在测量受限的连续线性多智能体系统输出一致性迭代学习控制问题. 首先, 文章采用迭代学习控制方法设计了一种基于跟随者局部信息的分布式输出一致性协议. 然后, 给出了系统可解输出一致性问题的两个充分性条件, 其中之一可使跟随者实时获取迭代学习增益, 避免了全局信息对学习增益设计的影响, 且保证了算法的分布式实现. 接着, 利用λ范数理论和圆盘定理严格证明了所设计算法的收敛性. 最后, 通过实例仿真验证了所得结论的有效性.

• 带非同位干扰执行动态有限维系统的输出追踪

  温瑞丽,冯红银萍

  本文考虑了边界带有非同位干扰的波动方程和常微分方程串联系统的性能输出追踪问题. 边界带有非同位干扰的波动方程可以看作常微分方程控制系统的执行动态. 通过利用轨道规划方法将非同位干扰变换到控制通道, 于是克服了非同位干扰带来的困难. 与现有Backstepping方法不同, 文章利用动态补偿法给出了一个新的状态反馈控制器, 使得控制器设计以及所设计的控制器本身更加简单, 证明了闭环系统解的一致有界性与性能输出的指数追踪. 数值模拟表明, 所给的方法是非常有效的

• 网络化热方程的集中事件触发控制

  刘浩,宗西举,郑江涛,徐秀妮

  本文对热方程建模的分布式参数化多智能体系统进行研究, 设计了基于事件触发控制下的一致性边界控制器, 将网络化热方程的状态驱动到相同的稳定状态. 其中每一个子系统的边界信息能被测量, 并且所有的智能体由无向静态拓扑连接. 事件触发控制器由以下两部分组成: 一是基于网络拓扑的边界局部交互作用, 驱动所有子系统达到相同的状态; 二是由事件触发条件建立的触发时刻. 本文证明了在事件触发的边界一致性控制下两个连续触发时刻之间存在最小停留时间以避免Zeno现象; 同时利用李雅普诺夫函数分析并保证了闭环系统的稳定性和适定性. 最后, 给出了由5个热方程组成的多智能体系统的仿真算例, 结果证实了本文所设计事件触发控制器的真实性

• 具有时变外系统扰动的一维抛物方程的观测器设计

  魏静,郭宝珠

  本文考虑含有扰动的一维抛物方程的状态观测问题, 其中系统内部和边界上的扰动由一般的时变外系统产生. 利用反步变换和解耦变换, 设计了基于边界输出信号的状态观测器, 用于在线估计原系统和外部系统的状态.结果表明, 随着时间的推移, 观测器是指数收敛的. 最后, 通过数值仿真验证了该观测器的有效性.

• 带有大输出时滞的ODE-热方程级联系统的观测器设计

  张静,康文

  为了估计系统的状态并补偿输出时滞, 本文提出一种新颖的观测器设计方法应用在常微分方程(ODE)-热方程级联系统中. 不同于传统观测器的设计方法, 该方法的核心思想是将大时滞划分为若干段小时滞, 再设计一串级联的子观测器逐步地估计系统的状态. 这种方法的优势在于对于大时滞仍有效. 本文通过backstepping-like方法实现了原系统与目标系统的等价变换, 结合Lyapunov-Krasovskii方法和线性矩阵不等式理论, 得到了误差系统指数稳定的结果. 最后, 通过仿真实例验证了级联观测器的有效性

• 电动汽车混合储能系统拓扑结构与控制策略综述

  申永鹏,孙嵩楠,张细政,袁小芳,孟步敏,王耀南

  混合储能系统兼具高功率密度和高能量密度, 可有效提升电动汽车动力性能和续驶里程. 围绕电动汽车混合储能系统拓扑结构和控制策略, 本文首先对混合储能系统及其典型储能装置进行概述, 并对混合储能系统技术难点进行分析. 之后在分析隔离型双向DC/DC变换器和非隔离型双向DC/DC变换器拓扑结构、工作原理和基本特性的基础上, 综述分析了被动、半主动和全主动3种混合储能系统的工作原理和优缺点. 然后, 重点分析了基于规则的控制策略、基于优化的控制策略和混合控制策略3大类混合储能系统控制策略的工作原理. 最后对混合储能系统的发展趋势进行了展望.

• 基于改进黏菌优化算法的光伏多峰MPPT控制策略

  董密,胡佳盛,杨建,宋冬然,万江湖

  当光伏阵列在局部阴影遮挡条件下时, 传统最大功率点追踪控制策略易陷入局部最优解, 降低光伏系统发电效率. 为解决该问题, 本文提出了一种基于改进黏菌优化算法的最大功率点追踪策略. 该策略在黏菌优化算法的基础上, 基于光伏阵列特性提出了新的边界条件, 减小超出边界黏菌的迭代次数, 增大算法的收敛速度; 同时, 引入了L′evy飞行策略优化其收敛准则, 提升算法的随机搜索能力, 进一步提高了算法的追踪速度. 仿真和实验结果表明,该策略拥有较高的追踪速度和追踪精度, 在各个光照条件下均能快速追踪到最大功率点, 有效提高光伏系统的发电效率

• 具有扩散项和Levy噪声的随机年龄结构种群系统的指数稳定性

  韩婷,李国平,马维军

  稳定性是种群生物学和控制论研究的重要内容之一. 现实世界中, 外界随机因素对种群稳定性的影响较大.本文讨论了具有扩散项和L′evy噪声的随机年龄结构种群系统的指数稳定性, 通过运用随机分析理论、BurkholderDavis-Gundy不等式、Chebyshev不等式等工具对系统随机能量等式中的系数函数进行估计, 得到了新的指数稳定性和几乎必然指数稳定性的充分条件. 最后, 本文给出例子并对其进行数值模拟, 验证了理论的有效性

• 有色量测噪声下带广义未知扰动的递推上限滤波

  秦月梅,周倩倩,杨衍波,梁彦,潘泉

  针对博弈对抗环境下利用快速采样雷达进行非合作目标跟踪带来的有色噪声和未知干扰共存问题, 本文提出有色量测噪声下带广义未知扰动的随机动态系统递推上限滤波. 这里, 有色量测噪声用于描述由于快速采样或持续干扰带来的噪声相关性, 广义未知扰动用于建模博弈对抗对雷达观测带来的异常影响(先验信息缺失). 针对所考虑系统, 通过参数优化实现状态估计误差协方差上限(而不是理论值)的在线递推, 提出有色噪声下上限滤波(CUBF), 给出状态估计误差协方差最小上限的近似实现, 讨论了所提CUBF的存在性条件. 在具有时变未知扰动和有色量测噪声的目标跟踪仿真中验证了所提方法的有效性.

• 网络化不确定系统集中式融合鲁棒稳态估值器

  陶贵丽,李爽,刘文强

  对于一类在状态转移阵和系统观测阵中带相同的状态依赖乘性噪声、带噪声依赖乘性噪声、一步随机观测滞后、丢包和不确定噪声方差的多传感器网络化系统, 文章研究其鲁棒集中式融合稳态滤波问题. 应用增广方法将系统转换为带随机参数矩阵、相同过程和观测噪声的集中式融合系统. 应用去随机化方法和虚拟噪声技术, 系统进一步转化为仅带不确定噪声方差的集中式融合系统. 根据极大极小鲁棒估计原理, 本文提出了鲁棒集中式融合稳态Kalman估值器(预报器、滤波器和平滑器), 证明了所提出的集中式融合估值器的鲁棒性, 给出了鲁棒局部与集中式融合估值器之间的精度关系. 本文提出了应用于多传感器多通道滑动平均(MA)信号估计的一个实例, 给出了相应的鲁棒局部和集中式融合信号估值器. 仿真实验验证了所提出方法的有效性和正确性

• 无人艇全分布式动态事件触发编队控制

  黄兵,肖云飞,冯元,于秀萍

  针对通信资源受限的多无人艇(USV)编队控制问题, 本文提出了一种动态事件触发数据传输机制以降低通信频率, 减少控制算法对系统带宽的占用. 首先, 基于滑模和自适应控制算法设计一种全分布式编队控制器, 使得所有编队成员在保持预设队形的同时能够完成对期望轨迹的跟踪. 与现有编队控制器相比, 该控制器不需要通信网络的全局信息. 然后, 基于Lyapunov稳定性理论证明了编队跟踪误差以及所有闭环信号都能达到稳定状态. 此外,该算法能够保证触发时间序列不表现出Zeno行为. 最后, 通过数值仿真验证了全分布式编队控制器的有效性

• 整车主动悬架系统分布式滚动时域一致性估计

  宋秀兰,周文乐,徐晨辉,何德峰

  考虑整车主动悬架系统的约束状态估计问题, 本文提出基于一致性原理的分布式滚动时域估计(DMHE)算法. 首先, 为了降低状态估计过程中的计算量, 将整车主动悬架系统分解为若干降阶子系统. 其次, 为提高分布式状态估计效果, 采用滚动时域估计(MHE)方法处理主动悬架系统的状态和噪声约束. 考虑子系统与邻居估计状态的相关性, 在采样间隔中执行多次一致性原理实现主动悬架系统状态的信息融合, 进一步建立了算法的稳定性充分条件. 最后, 通过对比仿真实验验证算法的有效性和优越性

• 永磁同步电机模型预测转矩控制模糊排序法研究

  李耀华,苏锦仕,秦辉

  针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)中成本函数权重系数难以设计和调节的问题, 以降低逆变器开关频率的多目标控制问题为例, 本文研究了基于排序法的模型预测转矩控制策略. 本文通过优先级的设计解决了排序过程中最优电压矢量解不唯一的问题. 考虑到控制目标重要性并不完全等同, 提出了一种带有缩放因子的排序优化方法, 利用缩放因子来调节控制目标的重要程度. 不同于连续变化的权重系数, 缩放因子的作用效果具有离散分段特性, 因此其调整过程可得到有效简化. 本文进一步提出了基于模糊排序法的模型预测转矩控制策略, 实现了缩放因子的动态优化, 从而更好地适应电机不断变化的运行状态. 仿真结果表明, 与固定权重系数的传统模型预测转矩控制相比, 本文所提控制策略可降低系统的平均开关频率、转矩与磁链脉动, 并可有效抑制动态条件下的转矩和磁链脉动. 实时性实验结果表明, 排序法不会严重降低模型预测转矩控制的实时性.

• 双桅杆式起重机的时变输入整形控制方法

  邱泽昊,孙宁,刘卓清,杨桐,吴庆祥,方勇纯

  为了满足实际生产需求, 在工业中常使用两台或者多台起重机协作完成大型运输任务. 双桅杆式起重机负载能力强, 工作姿态灵活, 在大型建筑工地上得到了广泛应用. 然而, 现有控制方法大多针对动力学特性相对简单的双桥式起重机, 而对耦合性更强、动力学特性更复杂的双桅杆式起重机关注不足. 为解决此类系统的控制难题,本文通过分析系统的几何约束与动力学模型, 得到状态变量及其高阶导数之间的关系, 从而实现双桅杆式起重机非线性动力学模型的合理变换. 随后, 本文准确分析了吊臂俯仰角与负载姿态角之间的关系, 通过计算得到双桅杆式起重机的时变振荡周期, 设计了一种极不灵敏型输入整形器. 最后, 实验结果验证了所提时变输入整形控制方法能够实现起重机的准确定位及良好的消摆效果