生产线混杂系统在MATLAB下的仿真和分析

生产线动态过程显著地表现出连续和离散并存的混杂特征,建立合适的生产线混杂系统模型和分析方法无论从生产安排还是从机床负荷考虑都具有重要意义。提出了生产线的混杂建模及其在MATLAB下的Simulink和Stateflow混合仿真平台构建仿真模型的方法,在此基础上,给出了生产线混杂系统的稳定性分析原理,仿真实例表明研究方法的可行性和有效性。     

一类非线性切换系统的稳定性分析

主要研究了一类非线性切换系统在某种切换律下的稳定性。证明了如果所有的子系统是线性时变的,并且在系统的Cauchy矩阵的范数满足某种条件的情况下,整个切换系统在任意切换律下是全局指数稳定的。研究了其带非线性扰动项的系统,在适当的假设下,建立了这种系统的全局稳定性特性。研究了某些子系统不满足上述Cauchy矩阵的范数条件的切换系统在某种切换律下的稳定性特性。     

动态系统故障的混杂传播特征及建模方法

动态系统的故障传播过程是由离散事件、连续特性及其相互作用共同驱动的,具有显著的混杂特征,为故障规律认知与建模带来了较大的难度。现有研究将故障视为离散随机事件,分析由单元随机故障发生到系统失效的离散故障过程,却忽略了连续特性对故障传播的影响,本质上是对故障混杂传播的工程简化处理,不能真实地描述动态系统的故障规律。首先在分析动态系统故障规律的基础上,给出了离散与连续双维度下的动态系统故障混杂传播的定义,分析了其混杂影响要素以及混杂传播特征;其次,为了完整准确描述混杂特征,借鉴混杂理论在描述离散事件与连续参数相互作用方面的优势,提出了基于随机混杂自动机(stochastic hybrid automata,SHA)的故障混杂传播建模方法;最后通过对某温度控制系统的故障混杂传播过程进行建模和仿真,验证了动态系统故障传播过程中的混杂特征,以及建模方法的可行性。     

近空间飞行器鲁棒自适应Backstepping控制

针对变体近空间飞行器(near space vehiele, NSV)大包络、多模态的特性,研究其姿态的鲁棒自适应跟踪控制问题。首先,提出标称变体NSV切换非线性系统的单一且光滑主控制器设计方法,以解决因飞行模态切换引起的主控制舵面跳变。其次,针对切换瞬间复合干扰存在不连续的问题,给出一组同步切换的改进干扰观测器设计方法。将改进干扰观测器的输出与光滑的主控制律相结合组成不确定变体NSV切换非线性系统的复合控制器。采用平均驻留时间分析法证明所提出的控制方法可以保证闭环不确定变体NSV切换非线性系统的稳定性。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

自动变速器电控系统测试仿真台的研究与开发

自动变速器ECU是进行自动换档关键部分,能否正常工作直接影响到换档品质、驾驶舒适性。进行仿真研究可以缩短研制周期、节约研制经费。针对轿车自动变速器电子控制单元所需的外围参数,模拟ECU工作时所需的汽车行驶环境,研制开发自动变速器电子控制器测试仿真台。并在仿真台上进行换档规律及行使过程的试验分析,试验证明所设计的仿真台可以正确模拟汽车行驶过程中变速器各参数变化规律。仿真台的成功研制为开发自动变速器系统提供有价值的参考资料。     

并联混合动力电动汽车最优控制及实例仿真

实现并联混合动力电动汽车（PHEV）能量分配的优化控制是整车集成的关键．将燃油消耗最低为优化拉制目标的能量最优分配问题归纳为切换系统的最优控制问题，应用动态规划算法，分两步求解该切换系统的最优控制问题，得到转矩最优分配及换档的控制律，并将其应用于整车控制，通过计算机对实例进行仿真证实了该方法的有效性。     

基于模糊加权的多模态切换控制器设计与仿真

针对多模态切换控制问题,提出并设计了基于模糊加权的模态切换控制器。对无人直升机的飞行模态切换实例进行研究,仿真结果说明该方法可以软化模态切换过程,提高暂态响应特性,并且具有一定的鲁棒性。     

电控空气悬架充放气的动态建模及特性仿真

为了获得电控空气悬架充放气过程的动态特性,结合变质量系统的热力学过程和车辆动力学方程,建立了电控空气悬架充放气的动态模型,考虑到充放气过程的非线性,采用Matlab/Simulink搭建模型并对进行特性仿真。研究表明充放气过程可细分为变质量开口系统和电磁阀关闭后的闭口系统平衡过程,后者也是造成空气悬架客车高度切换时＂过充＂和＂过放＂现象的原因。通过仿真分析获得不同充放气时间和不同悬架参数（载荷、减振器阻尼）对充放气过程的影响规律,尤其减振器阻尼对系统稳定性影响较大,这为空气悬架高度控制策略的制定提供了依据。     

具有侧向脉冲推力的旋转导弹建模与控制研究

针对具有气动舵和侧向脉冲推力复合控制的自旋导弹,在准弹体坐标系中建立完整的动力学模型,由于侧向脉冲推力的离散事件特性,提出运用混杂系统理论的方法设计其复合控制自动驾驶仪。根据系统的特性将自动驾驶仪划分成两种不同的工作模式,针对不同的工作模式分别设计不同的控制方法,通过两种模式之间的切换实现导弹的快速响应和能源的合理分配。最后进行仿真检验该自动驾驶仪的有效性,并将仿真结果与气动舵单独控制时的结果作了对比,表明通过复合控制显著改善了导弹的动态响应特性     

TCP-RED路由队列建模与分析

用NS2构建了TCP-RED系统（网络业务流是TCP包，以RED为AQM算法），以产生模拟Internet业务流的数据。基于机理分析与数据驱动相结合的思想，建立了Internet业务流的控制模型用于研究TCP-RED系统的动态特性。从RED的分段特性出发，从切换系统的角度分析了TCP-RED系统，发现网络流量的波动是由于RED的切换特性引起的。通过根轨迹法分析了此切换系统中子系统的稳定性。提出了一种在实际网络环境中调整RED来控制流量波动（甚至混沌）的方法。本文所得的RED参数调节法基于实际网络数据的分析，而不是只依赖经验或机理分析。NS2的仿真实验证实了它的有效性。     

线性切换系统的周期性平稳性分析

研究了线性切换系统的周期性和稳定性规律，给出线性切换系统周期性的充要条件及平稳性的充分性判据．为基于混合动态系统Ｐｅｔｒｉ网模型的混合控制器参数验证和设计提供了依据．     

基于Q学习的城市交通信号灯混杂控制

给出了一种单交叉口混杂交通控制器和仿真结果。首先,采用Q学习和BP神经元网络根据环境的变化决定最优的相位切换时间,然后增加一个模糊控制器决定最需要切换的相位,即决定相位次序。该方法在PARAMICS交通仿真软件中进行仿真,和定控制以及定相序控制相比,该方法具有明显的优势。     

连续/离散混合型制造系统的生产过程虚拟仿真建模

离散事件仿真建模被广泛应用于制造系统的设计及运行控制,但是很多制造系统兼有离散系统和连续系统的特点。提出一种将离散事件与连续系统结合起来的仿真建模方法,以支持动态展现这类制造系统的生产过程。该方法的主要思想是,主机内部的机构运动主要采用连续系统进行仿真建模,而主机之间的加工顺序则利用离散系统来构建其仿真模型,然后由统一的仿真管理器管理。论文详细描述了虚拟仿真引擎中的仿真时钟推动机制,并用这一方法建立了面向啤酒灌装生产线生产过程的虚拟仿真模型,说明了这一方法的可行性。     

飞机舵机电动加载系统多余力矩抑制方法

针对飞机舵机电动加载系统存在多余力矩干扰的问题,提出了以改进型基于信度分配的小脑模型关节控制器为前馈控制,以增量式比例积分微分(proportion integral derivative,PID)为反馈控制的复合控制策略。在前馈控制器中,结合变刚度金属——橡胶缓冲弹簧、力矩测速反馈及梯度加载法,采用基于Sigmoid函数变平衡学习常数的权值调整算法,设计三维参考输入型神经网络结构。在反馈控制器中,采用增量式PID控制解决积分项溢出问题,同时为神经网络提供训练学习样本,最后通过理论分析证明改进算法的收敛特性及闭环系统的稳定性。仿真结果表明,该方法提高了系统的加载精度及在线实时控制能力,在一定程度上抑制了多余力矩干扰。     

船速复合误差调节器半实物仿真及稳定性分析

船舶航速的稳定性主要取决于主机负荷调节系统的响应特性,为抑制负荷扰动,提高船舶航速的控制精度,提出了基于Lyapunov方法的船速复合误差调节器,并进行了稳定性分析,实现了船速自适应控制。在实验室条件下,建立了船速复合误差调节器半实物仿真系统。仿真结果表明,在系统模型不确定性的情况下,船速复合误差调节器能提高系统抗干扰能力和船舶航速的稳定性。     

高超声速飞行器切换多胞系统自适应跟踪控制

针对保证大包线稳定飞行的高超声速飞行器轨迹跟踪控制器设计问题,提出了一种多回路切换多胞自适应跟踪控制方案。基于运动模态在频率上存在显著的时标分离特性,将高超声速飞行器的状态分成内外回路进行设计,考虑到干扰及外回路对内回路的不确定影响,采用增益调度与自适应控制结合的方法设计了内外回路控制器。该方法解决了将该飞行器切换多胞系统作为整体设计时无法综合出保证全局稳定控制器的问题,并且降低了控制器设计的复杂性。仿真结果表明,闭环跟踪系统在工作包线内具有良好的动态响应品质与稳态跟踪性能,从而验证了控制方案的有效性。     

时延网络控制系统的区域极点配置设计

针对存在时变有界时延的网络控制系统,在一定假设条件下,基于分离原理讨论了状态观测器和状态反馈控制器的设计方法。状态观测器通过在开环预测和闭环预测间切换以补偿时延的影响,同时考虑时延的时变性以及回路中长时延的存在,闭环预测也是在多个模型间切换,从而将状态观测器建模成具有多个子系统的离散切换系统。在此基础上,利用预测状态作为控制器的输入,设计了具有圆盘区域极点约束的状态反馈控制器。最后以线性矩阵不等式可行解的方式分别给出了控制器和观测器的构造方法,仿真结果说明了所提出方法的有效性。     

新分段分数阶混沌系统的同步控制

通过改变修正的Lorenz-Stenflo (modified Lorenz-Stenflo, MLS)混沌系统的分段函数项,得到了一个新的四维分段混沌系统。新系统较MLS混沌系统具有更低的分数阶维数,在3.44阶时仍具有混沌特性。根据分数阶系统的线性稳定性理论和非线性反馈控制方法,提出了新分数阶系统的状态同步方法。通过理论推导,得到了两个混沌系统的同步稳定条件。控制器能够自适应地根据误差大小调节反馈系数,缩短同步时间。最后对3.6阶的分数阶系统进行了同步仿真实验,仿真结果验证了改进算法能够加快同步速度。     

一种分布式制造系统控制结构的形式化建模方法

针对分布式制造系统的特点,利用形式化方法和多智能体理论研究了系统的控制结构,提出了一种基于优化自动机的改进型动态控制元结构模型。首先,结合多智能体理论,对于分布式制造系统中的各个节点用Agent进行建模;接着,对于Agent的内部结构,结合有限状态自动机理论和制造系统自身混杂特性,提出一种优化自动机。同时,考虑到建模过程中Agent层次的动态划分和重组,进而提出了改进型动态控制元结构模型。最后,以瓷砖生产线为例,借助MATLAB为实验工具设计了相应的仿真实验,验证了所提理论和建模方法的可行性和有效性。     

一类非线性混合系统的脉冲混合控制器设计

考虑了一类基于有限状态自动机的非线性混合动态系统,该混合系统由离散事件子系统和连续变量子系统构成。其离散事件子系统为有限状态自动机,连续变量子系统由几个具有脉冲的严格反馈非线性系统组成。结合有限状态自动机的相关理论、Backstepping方法以及脉冲控制设计了一种脉冲混合控制器,给出了整个系统在该控制器作用下渐近稳定的充分条件,构造混合多Lyapunov函数,并应用该函数和线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)技术证明了闭环系统渐近稳定性。最后,通过仿真实例验证了该方法的有效性。