离散时滞标准神经网络模型及其应用

为了能够方便地分析离散递归神经网络（RNN）的稳定性，以及解决目前比较难的离散非线性系统的控制器的综合等问题，类似于鲁棒控制中的标准模型，提出一种新的神经网络模型——离散时滞标准神经网络模型（DDSNNM），它由离散线性动力学系统和有界静态时滞（或非时滞）非线性算子连接而成。利用不同的Lyapunov泛函和S方法推导出基于线性矩阵不等式（或非线性矩阵不等式）的DDSNNM全局渐近稳定性和全局指数稳定性的充分条件。大多数离散时滞（或非时滞）RNN稳定性分析或包含神经网络的非线性控制系统都可以转化为DDSNNM形式，从而进行稳定性分析或镇定控制。从DDSNNM应用于离散时滞细胞神经网络（CNN）的稳定性分析以及非线性控制系统的综合实例可以看出，DDSNNM不仅使得大多数RNN的稳定性判定简单易行，而且为非线性系统的控制器设计提供新的思路。     

有限区间非线性系统的重复学习控制

迭代学习控制方法存在初始定位误差问题;重复控制方法要求被学习量满足周期性条件,而实际中存在不满足这一要求的场合.重复学习控制不要求初始定位操作,被学习量仅需满足重复性条件,它回避了迭代学习控制中初始定位误差问题,推广了重复控制的适用范围.针对较为广泛的一类在有限作业区间上重复运行的非线性系统,文中提出重复学习控制方法.利用一类非线性时变控制系统的Freeman公式,设计标称系统的镇定控制器.分别针对部分限幅和完全限幅学习两种情形,证明了限幅学习下的系统稳定性与收敛性.理论结果表明,文中所提出的重复学习控制方法在处理时变参数不确定性方面是有效的.     

时滞离散智能系统的动态输出反馈镇定控制器综合的统一方法

提出标准神经网络模型（SNNM）来描述包含神经网络或T—S模糊模型的时滞（或非时滞）离散智能系统．SNNM由离散线性动力学系统和有界静态非线性算子连接而成．利用SNNM的全局渐近稳定性分析的结果，分别设计线性或非线性动态输出反馈控制器，使得SNNM的闭环系统稳定．控制方程可以表示为线性矩阵不等式（LMI）形式，便于利用各种凸优化算法求解以获得控制规律．大部分基于神经网络（或模糊模型）的时滞（或非时滞）离散智能系统都可以转化为SNNM，以便采用统一的方法来综合这些智能系统的控制器．SNNM的3个应用例子表明：SNNM不仅使得大多数基于神经网络（或模糊模型）的离散智能系统镇定控制器的综合简单易行，而且为其他类型的非线性系统的控制器综合提供新的思路．     

基于Kleinman控制器的广义预测控制稳定性分析

以Kleinman控制器及其扩展形式和Riccati迭代为分析工具, 讨论了广义预测控制(GPC)在各种参数情况下的稳定性, 得到了与Kleinman控制器等价的GPC闭环稳定性的完整结论, 覆盖了现有文献的一些结果, 并为预测控制系统的稳定设计提供了理论依据.     

考虑有界干扰和输入饱和的航天器姿态抗退绕机动控制

本文研究了有界干扰和输入饱和约束下的航天器姿态机动控制问题.首先利用李雅普诺夫稳定性理论,设计了一种抗输入饱和的时变滑模控制算法来求解无干扰下的输入饱和控制问题.然后通过对时变滑模控制律和时不变滑模控制律进行切换,有效利用两者各自的抗饱和和抗干扰优势,使基于切换机制的控制律同时具有如下特点：1）满足输入饱和约束;2）对有界干扰具有鲁棒性.针对四元数双值性导致的系统退绕（unwinding）问题,通过对两种常见姿态偏差向量进行分析,并结合他们各自的优势,设计了一种姿态偏差向量.最后利用该姿态偏差向量改进了基于四元数的控制律,使得控制律还具有抗退绕的优点.多种情况的对比仿真结果显示本文所提出的算法是可行和有效的.     

用于混沌同步的非线性观测器的稳定性分析

首先讨论了时间连续驱动混沌同步非线性观测器的线性化误差动力学方程的稳定性,给出了关于观测器渐近稳定性的判别准则.[KG*2]随后通过理论分析和数值仿真发现,在时间离散驱动下,只要满足一定条件,观测器与原系统仍有可能达到同步,而不管在连续驱动时是否有渐近稳定的同步观测器存在. 最后推导出了时间离散驱动时混沌同步非线性观测器的渐近稳定性的判别准则,仿真实验结果验证了该准则的正确性.     

空间智能桁架的传感器作动器位置优化和分散化自适应模糊振动控制

提出了作动器和传感器配置优化和分散化自适应控制方法以解决桁架系统的振动控制问题.建立了主动杆的机电耦合方程,提出了不依赖于控制方法的优化准则,采用遗传算法得到了作动器和传感器在大型空间智能桁架系统中的最优位置.而且设计了一种分散化自适应模糊振动控制器来控制大型空间智能桁架系统.推导了大型空间智能桁架系统考虑剩余模态影响的动力学方程,利用滑模控制方法改进了自适应模糊控制方案,并以T字型桁架结构为例进行了验证性实验.实验结果表明,遗传算法对于作动器和传感器的配置优化是可靠的、有效的,自适应模糊控制器能有效地抑制大型空间智能桁架系统的振动,且没有控制溢出和观测溢出问题.     

黎卡提差分方程在电磁轴承最优控制中的应用

提出了一种电磁轴承模型预测最优控制方法.为了抑制陀螺效应引起的转子圆锥涡动,在传统二次型性能指标函数中引入同步误差项,基于离散状态方程有限步预估转子平动误差、同步误差以及控制器输出构造最优控制器优化目标函数.基于迭代黎卡提差分方程（Riccati Difference Equation）求解了最优控制器.用伪代数黎卡提方法（Fake Algebraic Riccati Technique）证明了所设计最优控制器的稳定性.通过数值仿真研究了控制器鲁棒性能与设计参数间的关系.针对某扁平型磁悬浮飞轮的仿真和实验结果均表明引入同步误差的最优控制器能有效的抑制圆锥涡动.     

气动热-气动弹性双向耦合的高超声速曲面壁板颤振分析方法

建立了气动热、气动弹性双向耦合高超声速二维曲面壁板颤振分析方法．基于柯西霍夫假设和冯卡门非线性应变．位移关系,建立了考虑几何非线性的二维简支曲板的气动．热．弹性分析方程;使用迦辽金方法对方程离散处理,采用四阶龙格．库塔法求解微分方程;三阶活塞理论用于气动力分析;使用参考温度法和平板气动热公式计算气动热．研究中重点考虑：1）气动热与气动弹性双向耦合,既分析气动热对结构刚度的影响,又分析气动弹性对气动热的影响;2）结构温度随飞行时间的积累效应;3）弦向和厚度方向非均匀温度分布的影响;4）曲面壁板的初始变形对壁板颤振发生时刻的影响．通过与传统的只考虑气动热．气动弹性单向耦合的分析结果进行对比,发现基于气动热和气动弹性双向耦合的壁板颤振分析结果更危险,这一点在精确分析中应当予以重视．     

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．     

基于遗传算法优化的EPS路感混合H2/H∞控制

针对电动助力转向（EPS）系统统存在系统模型、干扰等不确定性,以及对系统动态特性的要求,提出基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制器．在EPS系统及整车二自由度数学模型基础上,以转向路感、系统鲁棒性和转向稳定性为控制目标,构建系统的状态空间方程和增广被控对象矩阵,并运用H2/H∞方法极小化系统中各种干扰对被控输出的影响,并在此基础之上应用H2方法对系统进行优化,提出基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制方法.EPS系统路感仿真结果表明,基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制器,综合了H2/H∞控制和H2/H∞控制的优点,具有较好的鲁棒性能和鲁棒稳定性,可有效抑制路面随机激励、转矩传感器量测、模型参数不确定等所引起的各种干扰和噪声,使驾驶员获得满意的路感．     

降低OFDM系统PAPR的RCF算法分析与FPGA实现

本文主要研究了OFDM系统峰均比抑制算法中的迭代限幅滤波（Repeated Clippingand Filtering,RCF）算法及其峰均比抑制性能和对系统误码率的影响。在此基础上提出了适合在FPGA中实现的峰值抑制模块设计方案并将设计方案在FPGA中加以验证,测试结果证明设计方案能够很好的完成预期功能。     

基于CVODE求解器的饱和-非饱和土壤水分运动数值模型

为研究地表滴灌条件下的土壤水分分布特征和运动规律,构建了基于二维Richards方程的土壤水分运动数值模型TIVS（TsinghuaIntegratedVariablySaturatedsoilwatermovementmodel）．将Richards方程空间半离散后利用CVODE常微分方程求解器进行求解,改进了地表滴灌积水动边界的处理方法,提高了数值求解稳定性和计算效率,模拟结果能保持良好的水量平衡．数值模拟检验和试验验证结果表明,模型具有较高的模拟精度,可用于地表滴灌复杂边界条件下的土壤水分运动长期模拟．     

民用客机变弯度机翼优化设计

针对民用客机机翼-机身-平尾构型开展了后缘连续变弯度机翼气动优化设计,并探索了在优化设计中添加俯仰力矩配平约束的必要性.采用自由型面变形(free form deformation,FFD)方法对全机构型进行参数化,可实现机翼型面、后缘弯度和平尾偏转角的改变.采用基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程的离散伴随技术求解气动力系数对设计变量的梯度,并采用序列二次规划算法进行基于梯度的气动优化设计.针对CRM(common research model)构型开展了考虑多约束的气动减阻优化设计,验证了优化设计系统的有效性.在此基础上,针对不同巡航升力系数分别进行了考虑和不考虑全机力矩配平约束的变弯度机翼优化设计.优化结果表明,通过机翼后缘变弯度可以改善机翼展向升力系数分布、减小激波强度;为了获得综合最优的减阻设计结果,必须考虑力矩配平约束.     

基于特征线的N－S方程算子分裂有限元法

本文提出了一种求解Navier—Stokes（N—S）方程新的有限元方法：基于特征线的算子分裂有限元法（CBOS法）．该方法在每一个时间层上,采用算子分裂法将N-S方程的对流项与扩散项分开求解,扩散项时间离散采用向后差分格式,空间离散采用标准Galerkin有限元法,隐式求解;对流项离散采用特征线．Galerkin法,显式求解．应用此算法对方腔流和后台阶流动进行了数值模拟,通过与标准解或实验值对比表明该算法具有较高的精度和较好的稳定性,为以后求解N—S方程提供了一种很有应用前景的研究方法．     

基于基排序法的冗余操纵面控制分配与管理

先进布局飞机的操纵舵面具有数量多,功能复杂且耦合的特点,为一典型过驱动冗余系统.针对该问题,首先提出了冗余操纵面控制分配与管理的概念和系统结构,然后基于一种新型受限控制分配方法——基排序控制分配方法,通过对分配过程物理含义的解析,给出了控制分配的优化目标、候选操纵舵面、限制条件和工程经验的综合管理方法,提高了控制系统对飞行状态、任务和故障的适应性.以某新型飞翼式布局飞机为对象进行了数字仿真和对比分析,结果表明:相对传统控制分配,本系统分配过程可灵活调整,分配结果更加合理,可保证飞机更安全、高效的完成飞行任务.     

一类不确定线性系统的输出反馈鲁棒重复控制设计

重复控制将人类的学习机制引入控制系统,并在许多领域中得到广泛的应用。文中针对一类具有时变结构不确定性的线性系统,研究基于输出反馈的鲁棒重复控制系统设计问题。为了能精确地描述重复控制的特性,建立起能够独立调节重复控制过程中的连续控制行为和离散学习行为的连续/离散二维混合模型,以线性矩阵不等式(LMI)形式给出重复控制系统鲁棒稳定的充分条件,并利用该稳定性条件进行重复控制系统的参数设计。最后用数值仿真验证了文中所提方法的有效性。     

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.     

强干扰影响下基于干扰补偿的大飞机智能自适应控制

针对强干扰影响下的大飞机增稳控制问题,提出了一种基于干扰补偿机制的智能自适应控制策略.首先,针对强风扰影响下的大飞机面向控制模型,设计了一种耦合多变量干扰观测器,对大飞机模型中的综合不确定及干扰进行快速精确估计,并用于闭环系统的控制器补偿.在此基础上,通过结合快速超螺旋滑模控制算法与自适应动态规划策略,提出了一种新型的有限时间鲁棒自适应控制器.该控制策略在理论上能够实现强干扰影响下的大飞机有限时间精确稳定飞行控制,并通过对波音747型大飞机进行了仿真验证,可得本文提出的智能自适应控制策略能够有效地实现强风扰影响下的大飞机姿态快速稳定与快速机动.     

某运输机高升力控制系统设计

基于某飞机对前缘缝翼和后缘襟翼的控制需求,设计了高升力控制系统,它能够对襟缝翼及传动线系提供电传飞行控制、保护以及机内自检测功能.针对系统中双驱动综合需求,利用逆向思维法设计了差动减速器,解决了双马达输出的转矩综合问题.在扭矩传输过程中应用万向接头及滑动接头,避免了可能的扭力传输线路变载及卡滞等问题.利用反传动双向逆止器的作用,防止了在传动线系故障状态下,襟缝翼舵面的气动力矩反传导致左右舵面的不对称.通过正余弦传感器的相互耦合作用,降低了襟翼扭曲检测对控制器测试接口的需求.以简单的开关联锁电路,实现了襟缝翼控制器失效后对襟缝翼的控制功能.这些方法的使用,简化了系统的设计,提高了系统的安全性.