欠驱动三连杆机器人的混杂控制方法

针对第二关节为被动关节的欠驱动三连杆机器人，提出一种混杂控制方法．欠驱动三连杆机器人的运动空间分为3个阶段：退化阶段、摇起阶段和平衡阶段．首先，在退化阶段，对第三关节构造Lyapunov函数，并针对此函数设计控制律使其连杆相对于前一连杆自然伸展，使系统退化为类Pendubot机器人；同时基于能量不断增加的思想设计第一关节控制律，以节省后阶段的能量控制时间．其次，在摇起阶段，保持第三关节控制律形式不变；通过仅控制系统能量和同时控制系统能量、角速度两种方法设计第一关节控制律，使系统进入平衡区．最后，对退化后的系统采用线性控制将其稳定在竖直向上不稳定平衡点上．数值仿真结果表明文中所提方法具有控制时间短，所需力矩小等优点．     

论Lorenz混沌系统全局吸引集和正向不变集的新结果及对混沌控制与同步的应用

利用广义Lyapunov函数簇, 给出著名的Lorenz混沌系统全局吸引集和正向不变集估计的新方法和新结果, 较大地简化了俄罗斯学者Leonov所得的两个著名估计式的复杂证明, 且将估计式统一在一个公式之中, 新公式还可以派生出一系列其他的估计式, 然后, 利用集合论中交集的思想从这些估计式簇得出一个简便实用的、改进了的、Leonov公式型的新结果. 直接应用这些方法和结果可以断言全局吸引集之外不存在Lorenz系统的平衡位置、周期解、概周期运动、游荡回复运动和其他混沌吸引集. Lorenz蝴蝶型奇异吸引子只能位于全局吸引集之内. 然后, 再将这些结果运用到混沌控制上, 得到系统所有轨线全局指数跟踪任何一个周期解、镇定任何一个不稳定或仅为局部稳定的平衡位置的反馈控制方案, 给出两个Lorenz混沌系统全局指数同步的新结果. 文中所提出的新方法、新结果有望在保密通信的实际系统中得到应用.     

基于RBF神经网络的风电机组独立变桨控制

由于风速的随机性、风电机组参数的时变性以及复杂的变桨系统引起的时滞性,随着风力机桨叶长度的不断增加,叶片受力拍打振动的情况越来越严重,同时造成输出功率不稳定.为改善风机变桨系统在运行区域内的动态性能,本文依据风力机空气动力学原理、风剪切特性和塔影效应,提出了基于径向基函数(RBF)神经网络自适应独立变桨距控制方法,采用RBF神经网络逼近变桨系统未知的非线性函数,通过Lyapunov方法导出神经网络自适应率,在线调整神经网络权值来改善独立变桨系统的动态性能,最后通过设计风电机组的独立变桨控制模型进行相关实验,证明基于RBF神经网络自适应独立变桨控制系统具有良好的动态性能,可以有效稳定输出功率,降低桨叶、轮毂、机舱、塔架等风电机组关键部件的疲劳载荷.     

非线性系统的变论域稳定自适应模糊控制

采用变论域自适应模糊控制实现一类非线性系统的稳定自适应控制. 首先用积分调节原理设计了作用于推理后件的伸缩因子, 对于一阶非线性系统进行了仿真实验. 然后用Lyapunov方法证明了变论域自适应模糊控制是稳定的自适应控制, 对于二阶非线性系统进行了仿真实验. 此外提出符号因子方法, 它大幅度扩展了系统的稳定域并提高了鲁棒性.     

切换耗散Hamilton系统的稳定性研究

研究切换耗散Hamilton系统在任意切换路径下的稳定问题. 在一合理的假设下, 证明了： 切换耗散Hamilton系统所有子模型的Hamilton函数可用作多重Lyapunov函数. 在此基础上, 根据耗散Hamilton系统的结构特性, 进一步证明了： 切换耗散Hamilton系统的状态P范数随时间增大而趋于零, 并给出了在任意切换路径下的切换耗散Hamilton系统渐近稳定的两个充分条件. 然后, 将得到的新结果运用到一般自治非线性切换系统中, 得到了系统渐近稳定的两个有用推论. 最后, 应用得到的新结果研究了两个例子并给出了数值仿真, 仿真结果验证了该结果的正确性和实用性.     

运用Lyapunov指数方法的车辆横向运动混沌分析及其滑模变结构控制

建立了考虑车辆横摆、侧向以及侧倾运动的3自由度非线性整车模型：运用Lyapunov指数方法对所建立的非线性整车模型进行了混沌的数值仿真分析．通过最大Lyapunov指数图和分岔图发现，车辆的横向运动非常复杂，包含了倍周期、拟周期以及混沌运动，对于车辆极限工况时的横向运动稳定性是不利的．利用滑模变结构控制（sliding mode variable structure control，SMVSC）方法，设计了SMVSC控制器，对车辆横向运动中的混沌进行了控制．为了减少SMVSC控制系统的抖振，进一步提高车辆在极限工况下行驶的横向运动稳定性，采用了幂次趋近律，利用模糊控制的方法实现了趋近律的自适应策略．最后将所设计的自适应趋近律的SMVSC系统在Matlab中进行了仿真，并将未加控制，SMVSC控制以及自适应趋近SMVSC控制三种仿真结果进行了对比分析，发现采用了自适应趋近的SMVSC控制对混沌的控制效果比其他的都要好，有效抑制了车辆横向运动中的混沌，显著提高了车辆在极限工况下行驶的横向稳定性，充分证明了该控制策略是有效的．     

肠道内多胶囊机器人的控制策略

针对肠道胶囊机器人的临界间隙现象,研制了一种具有径向间隙自补偿功能的变径胶囊机器人,应用泛函变分原理,建立了满足胶囊机器人外螺旋肋表面边界条件的流体动压力模型,基于端部效应和机器人外表面流体的动态平衡特性,对胶囊机器人的临界间隙现象进行了理论与试验研究,定义了启动转速的概念,对螺旋参量与启动转速的关系进行了研究,提出了同一磁场下对多个胶囊机器人实施驱动控制的方法,并以启动曲线具有相似运动规律为目标函数,通过遗传算法（GA）对多个胶囊机器人的螺旋参量进行了优化设计,试验表明能有效的对多个胶囊机器人实施驱动控制,实现人体肠道内多个不同医疗目标胶囊机器人的驱动与控制,具有良好的医学应用前景.     

一类三维Jerk混沌系统的动力学分析

针对一类三维Jerk混沌系统,运用数值理论分析该系统在不同参数条件下的周期1、周期2、混沌吸引子,以及Lyapunov指数谱和分叉等基本动力学行为。进而运用Poincare紧致化理论对系统的无穷远动力学进行分析,同时通过零倾线给出系统在无穷远点处的局部动力学行为。结果表明,该系统属于非Shilnikov型混沌系统,具有隐藏吸引子。     

具有环境适应能力的蛇形机器人仿生控制方法

基于生物学原理,本文构建了一种能够产生蛇形机器人多种仿生步态的多模态中枢模式发生器模型.该模型通过外部激励的引入,可以实现蛇形机器人运动形式的自由调整和转换,有助于提高蛇形机器人的环境适应能力.文中主要针对任意节数的多模态中枢模式发生器模型的稳定性进行了证明;分析了多模态中枢模式发生器模型参数对系统输出的影响;研究了蜿蜒运动中环境参数与蛇形机器人关节最优幅值的对应关系,从而确定了多模态中枢模式发生器幅值优化调整策略;并通过建立外部激励与模型参数之间的约束,使得蛇形机器人在多模态中枢模式发生器控制下具有三维运动能力以及相应的环境适应能力.最后,利用蛇形机器人平台验证了仿生控制方法的有效性以及与生物蛇步态的相似性.     

智能机器人可变参数群体控制模型的多目标优化方法

近年来,针对自组织群体智能机器人的研究一直是智能机器人研究的热点问题.在这些研究中,提升群体机器人控制模型的泛用性一直是一个热点问题.为了提升群体机器人控制模型的泛用性,提高群体机器人在不同类型的环境下的功能表现,使用可配置的控制模型,利用仿真的方法求解控制模型在不同环境下的参数配置,是一种较为常见的方法.本研究提出了一种基于规则系统模型的多目标群体智能机器人控制模型优化方法,并针对该方法测试了多种不同的多目标优化方法的表现.使用包含凸障碍、非凸障碍以及通道型障碍的多个不同的仿真场景验证了该模型的效能.仿真验证结果表明该方法在各种环境下均具有较好的表现.     

基于零和微分博弈的航天器相对位置容错控制

针对带有执行器偏置故障和失效故障的航天器相对位置控制系统,本文提出了一种基于零和微分博弈的最优容错控制方法.首先,利用线性二次调节设计反馈控制器以保证无故障时系统的渐近稳定性能;其次,将航天器相对位置容错控制问题转换为零和微分博弈问题,结合Hamilton-Jacobi-Issac (HJI)方程和极小极大原则设计最优控制律;最后,利用自适应动态规划方法设计评判网络对最优性能函数进行估计,构成自适应控制信号,保证了系统稳定性和状态最终一致有界.仿真结果表明了本文设计的容错控制律的有效性.     

Chen混沌系统全局指数吸引集和正向不变集的构造性证明及应用

本文利用多个广义正定的Lyapunov函数,给出了Chen混沌系统的全局指数吸引集及正向不变集的构造性证明,解决了"Chen混沌系统是否也像Lorenz混沌系统一样,存在全局指数吸引集"这个长期悬而未决的公开理论难题.本文所提供的方法,对于研究其他形式的混沌系统具有一般性的示范和启迪作用.     

新型光纤Bragg光栅滤波器

提出了一种新型弹性材料热变形拉伸光纤Bragg光栅的滤波器原理. 以热传导方程模型为基础, 逐步计算出弹性薄板经热源控制后的温度分布函数、热膨胀函数和弹性薄板最大位移函数, 最终推导出了热源功率密度与光纤Bragg光栅反射波长偏移量之间的关系式. 证明了上述公式的物理可行性.     

全局环境未知时基于滚动窗口的机器人路径规划

研究了全局环境未知时机器人的路径规划问题,借鉴预测控制滚动优化原理,提出了基于滚动窗口的移动机器人路径规划方法.该法充分利用机器人实时测得的局部环境信息,以滚动方式进行在线规划,实现了优化与反馈的合理结合.探讨了规划算法的收敛性.     

基于智能特征模型的智能控制及应用

针对一类具有非线性和不确定性、且输出被控变量不能在线直接连续测量的复杂对象, 提出一种基于智能特征模型的智能控制新方法. 该方法的基本思想是利用智能技术, 根据对象特征和控制要求相结合的原则, 建立被控对象的特征模型, 以此特征模型为依据, 提出了一套智能控制器设计的新方法. 首先给出了智能特征模型的建模原理和表达形式, 然后基于智能特征模型描述, 提出由多个定量和定性子控制器、按多个开闭环相结合的智能控制器设计原理和方法. 最后, 介绍了这种方法在电解铝过程氧化铝浓度控制的应用情况. 实践证明, 这种方法工程设计方便, 避免了一般智能控制器的现场试凑, 取得了很好的应用效果: 实现了低氧化铝浓度的长期稳定控制, 阳极效应受控率从60%提高到80%以上.     

同心圆截面结构低温/高温超导混杂导体绝热和动态稳定性的定性分析

超导体的I-V特性通常采用幂指数形式描述,在幂指数特性中,具有高n值的超导体从超导态向正常态的转变较快.通有较高电流时,n值小的超导体的电压低于n值大的超导体,因而其暂态特性对超导体稳定性有很大影响.此外,为了提高稳定性,传统的超导体通常由纯低温超导体（LTS）和电阻率低、热导率高的金属或合金复合而成,通常基超比大于10,这样降低了工程临界电流密度.基于以上特性,本文提出了一种新的由低温超导体（LTS）和高温超导体（HTS）构成的混杂导体模型.在混杂导体中,HTS和LTS同轴,且HTS涂层包裹在LTS外面.传统的超导体绝热、动态稳定性通常由基于Bean临界态模型的2个经典的稳定判据来表述,由于混杂导体同时由LTS和HTS两种超导体组成.根据幂指数模型,考虑临界电流和n值等因素的影响,对经典的判据进行了修正并进行了定性分析,求得了混杂导体的绝热和动态稳定判据.此外,在假定LTS的临界电流Ic1远大于HTS的临界电流Ic2的前提条件下,对具有相同截面的传统超导体（NbTi/Cu）和混杂导体的绝热、动态稳定判据值作了比较.结果表明在总临界电流相同的条件下,混杂导体的绝热和动态稳定判据值大于NbTi/Cu导体（如当Ic1～9Ic2时,混杂导体的绝热和动态稳定判据值超过纯NbTi/Cu导体的2.5倍）,这意味着相比传统超导体（NbTi/Cu）,混杂导体的动态和绝热稳定性得到了大大提高.从定性分析角度出发,得到的结果为混杂导体在高场超导磁体（〉9T）中的潜在应用提供了重要的理论依据.     

一种计算圆形限制性三体问题周期轨道的新方法

周期轨道是理解圆形限制性三体问题动力系统的关键，在深空探测实践中具有重要的应用价值，现有的周期轨道计算方法通常需要以高阶近似解析解作为迭代初值，计算过程复杂且能得到的周期轨道种类较少．本文利用圆形限制性三体问题的对称性，通过构造相空间内的一类流函数，将位于对称平面上的状态再次映射到该对称面上，得到了计算周期轨道的构造流函数方法，该方法不需要以近似解析解作为迭代初值，也不需要计算状态转移矩阵，从而便于编程实现，其优点是不受圆形限制性三体问题非线性的影响，并可以系统地计算一大类具有x-z平面对称性的周期轨道．作为箅例，在平面情况下计算了Lyapunov轨道等周期轨道，并进一步将构造流函数方法与微分校正方法结合，设计了能在不同共振频率上跳转的共振引力加速轨道，最后，在三维空间情况下计算了晕轨道和多种三维周期轨道，证明了该方法的有效性．     

基于最优搜索理论的失踪旅游者搜救模型研究

文章研究在失踪旅游者搜索问题中引入最优搜索理论的方法.针对失踪者相对静态的情况,在目标分布函数与探测函数的基础上建立搜索模型,通过拉格朗日乘数法最优化计算,导出了探测函数服从指数形式时的静态失踪旅游者最优搜索模型和搜索资源最优配置的计算方法.经示例比较,研究建立的搜索模型大幅度缩短了失踪旅游者的搜索时间,提高了搜索效率与失踪者的生还机会.     

一类飞行器姿态动力学特征建模研究

本文研究飞行器姿态动力学的特征建模问题.针对飞行器姿态动力学所具有的三角形式的仿射非线性系统,通过引入非线性系统的时间尺度和一类与系统状态有关的压缩函数,给出了将动力学压缩到特征模型参数中的一般方法,并且给出了特征模型的参数范围及其极限.从所给出的参数范围可以看出,特征模型参数的界与采样周期、建模误差、系统阶数、系统变化率有关.所建立的特征模型的建模误差可以按照控制精度的要求任意小,表明了特征建模和一般模型降阶方法是不同的,该方法并不丢失系统信息.在此基础上建立了挠性卫星姿态特征模型,并给出了参数的界和极限,为基于特征模型的飞行器控制设计奠定了理论基础.     

一类非线性系统的非光滑有限时间镇定

研究了一类非线性控制系统的全局有限时间镇定问题．基于Lyapunov函数给出了一种迭代的有限时间控制设计方法．由此得到的有限时间控制器是连续但非光滑的时不变反馈控制器。