基于混合整数规划的一类混杂系统优化方法

基于混杂系统的离散时间混合逻辑动态(Mixed Logical Dynamical,MLD)模型,研究了混杂系统具有控制输入约束的优化问题的混合整数二次规划(Mixed Integer Quadratic Program,MIQP)方法.把混杂系统的约束优化问题转化为MIQP问题;基于Branch & Bound算法,开发用于求解MIQP问题的MATLAB程序;并对该方法作了数值仿真计算.结果表明,MIQP是解决一类混杂系统优化问题有效的且具有发展前景的方法.     

汽车阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制

为协调汽车阻尼连续可调半主动悬架舒适性和操稳性之间的矛盾,并考虑减振器阻尼力须满足的非线性约束条件,研究了一种适用于半主动悬架的混杂模型预测控制方法,包括建立半主动悬架单轮车辆模型,提出综合描述舒适性和操稳性的悬架优化控制目标函数及半主动悬架须满足的非线性约束条件。利用混合逻辑动态建模方法描述半主动悬架混杂系统模型,基于模型预测控制理论研究半主动悬架混杂系统的有限时域优化控制问题。为便于问题求解,将非线性约束优化问题转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划问题,并借助分支定界算法进行求解。在随机路面和正弦波突起路面进行仿真验证后表明,所提混杂模型预测方法明显优于被动悬架和传统线性二次型调节器算法,能有效提高阻尼可调半主动悬架的综合性能,并在不同的路面输入激励和车速下均能取得较好的控制效果。     

基于前向道路信息的拖车倒车系统滚动时域控制(英文)

针对离轴联接形式的拖车倒车系统,阐述了其混合逻辑(mixed logical dynamics,MLD)的建模理论和基于滚动时域控制(receding horizon control,RHC)的方法.首先,采用Lyapunov理论分析了拖车倒车系统的运动学特性.接着,采用MLD建模理论来描述拖车倒车系统的运动学模型.针对此MLD运动学模型,提出了一种扩展的二次型代价函数.为了减小拖车的跟踪误差以及平滑牵引车转向角的操控性能,提出将其等效为线性二次型跟踪问题.针对此问题,利用多参数混合整数二次规划(multiparametric mixed-integerquadratic programming,mp-MIQP)技术,设计了一种考虑有限时域前向道路信息的显式RHC控制器.最后,通过仿真对控制器进行验证.结果表明尽管跟踪非平滑的参考路径,控制器均表现出期望的控制效果.     

基于MLD的微电网多逆变器并联组态的建模及优化控制

针对现有微网逆变器并联系统建模精度不高、控制方案复杂、控制效果不理想等问题,文中提出了一种基于混合逻辑动态(MLD)的光伏微网多并联逆变器的建模和优化控制方法。该方法将每个开关周期分为多个子周期,同时引入逻辑变量来判断系统运行的动态模式;然后用HYSDEL工具编程得到MLD模型;最后根据系统的自然约束及系统控制目标设计预测控制器,并通过求解相应的整数线性规划问题达到减少输出电压跟踪误差及各逆变器之间的环流的目标。相较传统的建模与控制方法,该方法具有模型精度高、控制方案简便、控制效果好的特点。仿真结果验证了模型的正确性和控制器性能的优越性。     

基于混合逻辑的汽车自动转向控制系统

为解决汽车自动转向控制系统的死区问题,采用混合逻辑建立含死区特性的混合逻辑动态汽车操纵模型,并通过预测控制方法进行优化控制.混合逻辑动态建模引入的逻辑变量考虑了各个区间,从而确定了系统的动态方程.模型预测控制通过预测输出、滚动优化、反馈校正环节,能够获得较好的控制效果和鲁棒性.研究结果表明:混合逻辑动态汽车操纵模型能够获得较好的控制效果,基本不存在稳态误差.该研究成果对提高汽车行驶安全性和平稳性有一定的理论指导作用.     

基于物理设计约束的模拟电路尺寸设计的优化算法GMSGA

在模拟电路自动化尺寸设计方法中,基于仿真的方法精度高但耗时巨大.考虑到物理设计的约束,基于优化的模拟电路尺寸设计问题可以看作混合整数规划问题,然而利用传统的方法解决这类问题耗时巨大.为了解决该问题,本文提出一种新的优化算法:混合高斯采样贪婪算法(GMSGA).该算法首先基于混合高斯过程采样的方法获得约束侵犯和较小的良好的起始点,随后将混合整数规划问题近似地分解为整数规划问题和连续变量优化问题分别求解,其中:整数规划问题采用了一种贪婪算法,这极大地减少了仿真次数;连续变量优化采用序列二次规划算法,用来对结果进行局部优化.为验证算法的效率和可靠性,我们利用该算法了设计一个ADC中的运算放大器和E类功放.实验结果表明:相较于其他算法,该算法在相同的仿真次数下多次实验可以得到更好的优化结果.     

基于MLD模型GTAW焊接熔透控制方法仿真研究

针对GTAW非线性焊接过程的混杂特性,给出混杂系统的建模方法,描述成混合逻辑动态(MLD)模型,并研究其GTAW焊接熔透控制策略.仿真的结果表明,该算法有效,能使系统输出稳定在设定点.为研究MLD建模在焊接过程控制中的实际应用起步研究奠定了基础.     

基于滚动时域混合整数线性规划的汽车紧急避让问题求解方法

为了提高汽车高速紧急避让行驶安全性,提出一种汽车紧急避让问题求解方法.基于滚动时域混合整数线性规划(RHC-MILP),通过引入逻辑变量和连续变量的混合形式的线性约束来描述障碍物避让约束,对车辆的动态特性进行线性近似,建立离散时间模型;以整数变量描述车辆和障碍物之间的相对位置,以安全顺利避开障碍物性能指标作为代价函数,建立混合整数规划,并采用滚动时域控制策略进行求解.仿真和实车试验结果表明,该方法能够求解汽车的紧急避让问题,具有求解精度高,求解时间短的优势,并且仿真值和试验值的变化趋势基本一致,从而验证了该方法的正确性和可行性.     

混合整数非线性规划问题的全局最优性条件

近年来混合整数非线性规划问题的应用非常广泛。本文给出了带界约束的混合整数非线性规划问题全局极小点的必要条件,包含连续优化和离散优化问题。同时得到了带界约束的混合整数非线性规划问题的充分全局最优性条件。所针对的优化问题的目标函数只需要是二次连续可微的。如何目标函数的二次的,所得的最优性条件非常容易验证。我们给出了数值例子以说明全局最优性条件的意义。     

非线性混合整数规划的一类罚函数法

在有界闭箱中对非线性混合整数规划问题进行探讨和研究,将非线性整数规划问题的连续化理论推广到一般非线性混合整数规划情况.为了计算简单,对一般约束优化问题,通过构造适当的罚函数,直接将非线性混合整数规划问题化为一个无约束规划问题.结果表明当罚参数充分大时,可以将无约束和有约束的非线性混合整数规划问题转化为非线性连续全局优化问题求解,得出非线性混合整数规划与相应的连续的全局解的等价性的几个充分条件,给出了证明.此外,列举一些实例对该方法作说明.     

结合了命题逻辑与系统动力学的混合控制

针对多变量多目标控制系统中解决控制目标优先顺序方面的困难,引入命题逻辑,结合系统动力学而构成混合系统,并将其与预测控制结合,得到一种新的混合预测控制策略。进行控制时,通过MIQP来求解多目标优化。工业现场实例仿真研究表明了该方法的有效性。     

带有时域硬约束的不确定系统最优保代价控制

针对带有时域硬约束的不确定系统,提出了一种最优鲁棒保代价控制方法.首先将系统中存在的时域硬约束统一由控制量和状态量的线性不等式描述,然后利用矩阵不等式方法,导出了约束鲁棒保代价状态反馈控制器存在且能保证系统一定二次性能同时满足时域硬约束的充分条件.最终最优鲁棒约束保代价控制问题可以转化为求解一个非凸的矩阵不等式优化问题,给出了该类优化问题的迭代求解步骤.在质量-弹簧-阻尼系统上的仿真应用结果表明所提方法可以在约束范围内尽可能地提高系统的鲁棒性能.     

具有岸桥碰撞和甲板约束的岸桥混合装卸作业调度优化

针对具有岸桥间不可相互穿越及安全距离约束、甲板开闭约束的集装箱码头岸桥混合装卸作业的调度优化问题,分析了岸桥装卸与移动过程中的相关性质,并提出一种基于减小岸桥移动距离和均匀化岸桥负荷的启发式算法.在该算法基础上设计了一种遗传算法,进一步搜索最优解,并推导了问题的一个低界.数据实验表明,所提出算法的解具有良好的质量和较高的时间效率.     

区域极点指标约束下的优化可靠保性能控制

利用矩阵不等式和LMI方法,研究了一类传感器故障下的不确定离散系统在闭环区域极点指标约束下的鲁棒优化可靠保性能控制问题。分析了故障闭环系统满足区域极点约束和具有较优的保性能上界的充分条件,给出的保性能函数指标上界优于已有的结果。得到了使故障闭环系统满足上述性能约束的可靠状态反馈控制器设计方法。最后通过仿真示例证明了本文方法的有效性。     

一类混合整数双层线性规划的枚举法

通过对上层变量为0-1型变量和下层变量为连续型变量的混合整数双层线性规划问题的,根据分支定界法原理,给出了一种定界函数和寻找问题最优解的搜索准则,由此提出了一个求解混合整数双层线性规划问题的有效枚举方法。提出的算法能求得问题的全局最优解,并通过算例说明了算法的求解过程。     

受限非线性最优控制问题的三角正交函数求解方法

提出一种求解带有状态和控制不等式约束的非线性最优控制问题的数值求解方法。该方法通过三角正交函数对状态变量和控制变量的逼近,进而对目标函数、不等式约束和终端约束进行逼近,最终将原最优控制问题转化为非线性规划问题进行迭代求解。仿真算例结果验证了该算法的有效性。     

一类混合不确定性系统的摄动界估计问题

研究了混合摄动模式下反馈系统鲁棒稳定的摄动界.系统的正向通道为带有参数不确定性的线性系统,其不确定性为区间摄动模式,反馈通道为由积分二次约束给出的输入输出不确定性加以描述.用Minkowski泛函给出区间摄动模式下的摄动界的定义,并给出参数空间中混合摄动模式下系统摄动界的估计式.在一些典型摄动模式下给出这类混合摄动系统的摄动界的有限检验结果.     

基于混合整数规划法的自然崩落法放矿计划优化

放矿计划是自然崩落法矿山生产过程中最重要的环节.针对传统手工编制放矿计划随意性大及出矿品位不均衡,在对其进行科学系统的分析基础上,本文运用混合整数规划法解决自然崩落法放矿计划优化问题.以计划期内与目标品位偏差最小为目标函数,综合考虑矿量、品位、放矿速率、崩落指数、排产指数等约束条件,构建放矿计划优化的混合整数规划模型,并在MATLAB环境下用YALMIP编写模型语言调用CPLEX求解器进行求解,使品位波动降低18％,进而得到最优短期放矿计划方案.经实例验证,此方法科学可行,对充分发挥自然崩落法的优越性和提高矿产资源的回收率具有重要的理论和现实意义.     

一类最优控制问题混合有限元解的后验误差估计

对一类受非线性椭圆方程约束的二次最优控制问题的混合有限元方法进行了后验误差分析.利用k阶R-T混合元空间和分片常数函数分别对状态变量和控制变量进行估计,得到合适的后验误差指示子.在数值实验中将所得的后验误差指示子作为网格加密的指示子,得到较为精确的数值解.