群体无人机分数阶智能容错同步跟踪控制

针对群体无人机编队飞行遭遇执行器故障的问题,提出一种基于分数阶理论的群体智能容错同步跟踪控制方法,提升了整体编队飞行的安全性.首先,对无人机数学模型进行变换,将其分解为外环位置子系统和内环姿态子系统;其次,利用分数阶理论和神经网络自适应控制策略,针对外环位置子系统设计群体无人机容错位置同步跟踪控制器;然后,利用从位置子系统同步跟踪控制信号解算出的理想姿态信号,构建内环姿态跟踪偏差,并再次结合分数阶理论和神经网络自适应控制策略,设计内环容错姿态控制信号;最后,通过仿真验证所设计控制方案的有效性.     

基于特征模型的再入飞行器自适应制导律设计

文中针对航天飞机类再入飞行器对参考阻力加速度曲线的跟踪问题，设计了基于特征模型的自适应制导律．首先将线性定常系统的特征建模方法推广到单输入单输出线性时变系统，从而建立了再入飞行器的特征模型，然后对特征模型提出一种新的非线性微分黄金分割自适应控制律．当特征模型的系数属于有界闭凸集，且系数的变化速率满足一定约束条件时，文中证明了非线性微分黄金分割自适应控制系统是一致渐近稳定的．在特征模型的基础上，通过结合使用跟踪控制律、非线性微分黄金分割控制律和改进的逻辑积分控制律，设计了再入飞行器基于特征模型的自适应制导律．它克服了反馈线性化方法要求精确获得对象模型的缺点．仿真结果表明，文中设计的自适应制导律对参考阻力加速度曲线的跟踪性能明显优于反馈线性化方法．     

一种最优抗扰自适应控制

针对含未知干扰系统研究了具有最优抗扰性能的自适应控制问题.利用对象参数的先验知识和量测数据构成可实时更新的非空模型集合,以系统的整体性能指标为辨识准则,在模型集内优化选取最优标称模型,完成对象模型的在线最优辨识.然后根据-1优化设计方法以闭环系统整体性能为指标,在线设计最优闭环控制器.上述两方面结合起来给出了一种最优自适应控制策略.由于辨识准则与控制目标是一致的,文中的方法能够有效地解决自适应系统的性能优化问题和辨识与控制的相互配合等问题,且能给出可验算的性能指标.     

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.     

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.     

天宫一号基于控制力矩陀螺的智能多模自适应姿态控制系统设计与验证

天宫一号是目前我国在轨运行的体积最大、重量最重的载人航天器.它具有变构型、变参数的特性,采用控制力矩陀螺系统和喷气推进系统实现高精度、高稳定度姿态控制.本文通过对天宫一号控制对象参数缓变和跳变相结合特点的分析,规划了高可靠灵活的控制策略,设计了智能多模自适应姿态控制系统.利用智能控制中规则集设定多模自适应控制的指标切换函数分配,利用多模自适应控制算法建立多模型控制器实现不同控制对象,不同控制任务的姿态控制.天宫一号通过地面测试和物理仿真试验,最后发射在轨运行,与神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船圆满完成交会对接任务,充分验证了姿态控制系统设计的正确性和有效性.该设计方法在解决大型航天器变构型、变参数组合体姿态控制方面有突出优点,在未来的载人航天领域空间站建设具有应用前景.     

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统鲁棒自适应控制

本文利用干扰观测器和Backstepping方法,提出了一类不确定非线性系统的鲁棒自适应控制方案.首先,利用径向基神经网络(radial basis function neuralnetwork,RBFNN)设计干扰观测器,并通过对RBFNN参数的自适应调整来逼近系统干扰.基于干扰观测器的输出,采用Backstepping方法设计鲁棒自适应控制器.在所设计的鲁棒自适应控制器作用下,闭环系统所有信号达到半全局一致有界稳定.闭环系统稳定分析表明适当地选取设计参数可以确保所有系统状态是一致有界的.最后,仿真结果验证了所提出的鲁棒自适应控制方案的有效性.     

基于增益矩阵的二阶集群系统鲁棒分布式立体编队控制

本文研究解决了在三维空间内针对二阶集群系统的鲁棒分布式编队生成与保持控制问题,所设计的基于增益矩阵的控制方法仅需测量局部坐标系下智能体间的相对位置信息而不依赖于交互通信.首先设计了二阶集群系统的立体编队生成控制策略,通过构造李雅普诺夫函数证明了全局稳定性,并利用凸优化求解得出增益矩阵.所设计的生成控制律对扰动、输入饱和等具有较好的鲁棒性,同时在生成过程中引入了启发式的避碰算法.在此基础上,设计了带有期望距离的编队保持控制策略,使得集群系统能够保持固定大小的队形.然后,将所设计的控制律进行改进,拓展并应用于领航者-跟随者网络下的二阶集群系统立体编队控制.最后,通过相关的仿真实验验证了理论结果的正确性.     

一种基于约束力的鲁棒的编队卫星构形非线性控制方法

提出了一种基于约束力思想的鲁棒的编队卫星构形精确保持的非线性控制方法.该方法首先将非线性和摄动条件下编队卫星构形保持问题转换为带有完整约束的拉格朗日动力学系统,然后将问题转换为一组微分代数方程,通过求解微分代数方程,确定编队卫星构形保持的非线性控制律.针对微分代数方程传统求解方法对误差敏感,相应的约束力控制法鲁棒性差的缺点,提出了编队卫星构形约束违约修正的方法,通过适当地选择违约修正因子,有效地抑制了编队卫星初始化、参考卫星轨道确定、相对动力学建模等误差的影响,提高了约束力控制法的鲁棒性。     

基于效用的云计算容错策略和模型

云计算近年来已成为一种被广泛接受的计算模式.随着云计算在商业、交通、卫生等领域应用的不断推进,云应用系统的可靠性问题引起了人们的特别关注.然而,云应用系统的结构和行为特征复杂,如何保障系统的可靠性是一项极具挑战性的课题.本文研究云计算的容错模型和策略,通过构建可扩展的云计算容错模型,以刻画云计算的运行机理、组件故障行为、云应用间合作和竞争特性.依据云计算的故障及资源服务特征,提出云计算的故障迁移和恢复方案.围绕容错涉及的时间和价格,依次计算云计算组件和云应用的效用,进一步分析各云应用的利益.通过求解模型的Nash均衡,以优化整体云计算的容错效用.最后,利用模型检查技术验证容错模型和容错处理的正确性.本文研究对于揭示云计算的结构和行为特征、建立云计算容错设计理论、提高云计算容错的效用具有理论意义和应用价值.     

输入输出通道有干扰的MRAC系统的变结构控制

对具有未建模动态及输入输出通道上存在干扰的MRAC系统,仅应用系统的输入输出量测数据给出了一种变结构模型参考自适应控制(VS-MRAC)设计机制. 系统的已建模部分阶的上界是未知的且有大于1的相对阶. 通过引入辅助信号和带有记忆功能的正规化信号,以及适当选择控制器参数,该变结构控制器能保证闭环系统的全局稳定性,且跟踪误差能够任意小.     

基于拉格朗日系统中约束力思想的编队卫星构形非线性控制方法

借鉴经典动力学中约束力的思想，提出了一种编队卫星构形精确保持的非线性控制方法．该方法首先将非线性和摄动条件下编队卫星构形保持问题转换为带有完整约束的拉格朗日动力学系统，然后将问题转换为一组微分代数方程，通过求解微分代数方程，确定编队卫星构形保持的非线性控制律．由于借鉴了约束力的思想，该方法自然地利用了编队卫星动力学系统的力学特性，具有节省能量和高精度的特点．通过对线性和非线性条件下空间圆编队卫星构形保持问题的仿真，验证了提出的非线性控制方法的这些特性．     

包含有界切换增益的空间惯性传感器输出调节积分模型参考自适应控制

基于输出调节的多变量模型参考自适应控制(model reference adaptive control, MRAC)用于解决系统状态不可直接获取时,多变量系统向参考系统的稳定输出跟踪问题.在空间引力波探测航天器内部惯性传感器静电悬浮控制中,考虑到其作为航天器平台惯性基准的稳定需求,双质量块动力学中存在的不连续干扰影响,以及应对不同工作模式的瞬态切换,提出一种基于积分输出调节MRAC的静电悬浮控制方案,引入有界的切换自适应校正增益及自适应积分修正项,用于系统不连续情况下的抗输入饱和、瞬态抑制及惯性传感器非敏感轴各自由度向参考状态的稳定逼近.基于Filippov集与广义梯度的Lyapunov分析验证该方案下,不连续系统中各闭环信号的收敛性,数值仿真验证样例空间引力波探测航天器中,作为关键载荷的双质量块空间惯性传感器各非敏感轴自由度针对位移噪声及残余加速度及切换瞬态的良好抑制效果.     

基于Hamilton函数方法的非线性微分代数系统反馈控制

基于Hamilton函数方法研究了一类非线性微分代数系统的镇定和H∞控制问题. 首先结合非线性微分代数系统内在的广义能量平衡特性提出了一种新的耗散Hamilton实现结构. 基于该结构, 对不存在外部扰动的非线性微分代数系统设计了镇定控制器, 对存在外部扰动的非线性微分代数系统, 证明了其L2增益分析问题可以归结为广义Hamilton-Jacobi不等式的求解问题, 并给出了H∞控制器的构造方法. 所提出的非线性微分代数系统的镇定和鲁棒控制器设计方法能充分利用非线性微分代数系统的结构特点, 所设计的控制器形式简单, 易于实现.     

基于进化势博弈的多无人机传感器网络K-覆盖

针对多无人机传感器网络K-覆盖问题,提出了基于势博弈与Log-linear学习的分布式最优传感器配置方法.介绍了传感器最优配置的国内外研究现状,特别对基于进化势博弈理论的方法进行了详细的阐述.利用博弈理论对无人机分布式传感器配置问题进行建模,通过个体局部收益函数与全局性能函数的设计将问题构造成网络势博弈.提出了一种基于时变Log-linear学习的分布式求解方法,并利用非齐次马尔可夫链理论对收敛性与最优性进行了证明.仿真对比实验证明了所提算法的可行性、有效性和优越性.     

一种基于自适应种群变异鸽群优化的航天器集群轨道规划方法

航天器集群在复杂条件下的轨道规划问题是当前航天领域的热点以及难点.本文针对分布式集群航天器在队形变换过程中的轨道最优规划问题进行了研究,提出了基于自适应种群变异的鸽群算法(adaptive population variation pigeon-inspired optimization, APVPIO).本文对经典PIO算法中的核心演化算法、演化停滞以及易陷入局部最优解问题进行了研究.同时针对经典PIO算法的适应度函数进行了研究,并且结合轨道规划问题进行了改进.最后基于自适应种群变异的鸽群算法进行了仿真实验,结果表明, APVPIO算法,相比于经典PIO算法、PSO算法在极大减少计算量的同时,有更优规划结果、更深的种群演化深度以及更快的收敛速度,可以满足航天器集群在复杂约束条件下的轨道规划问题.     

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．     

非合作Internet用户行为特征和约束机制的研究

基于一次博弈模型的流速与拥塞控制方法虽然能解释用户的非合作行为,但是由于最终的均衡解的效率不高,影响了其应用价值.文中在讨论了一次博弈模型和流速均衡的解析解的基础上,对基于无限重复博弈模型的流速与拥塞控制行为进行了深入研究.提出了重复和无限重复流速与拥塞控制博弈模型,论证了重复博弈NEP的存在性和最优性,并讨论了重复博弈中贴现因子的意义.接着研究了N个用户的无限重复流速控制博弈中用户不合理行为的惩罚威胁策略,设计了无限和有限博弈中用户行为的惩罚约束方法.最后利用重复博弈模型中的结论,提出了一种基于重复博弈模型的流速率控制算法FCAR.仿真实验表明,FCAR算法能够较为有效地规范和约束用户不合理行为,促使理性的非合作用户达成合作,以实现整个流速与拥塞控制系统效用的最优.     

基于输出时滞方法的采样数据系统故障估计

从时滞系统角度率先研究了一类非均匀采样数据系统的故障估计问题.首先,基于输出时滞方法将采样数据系统建模成具有时变时滞输出的连续时间系统;然后,通过分析自适应诊断观测器不再适用于此类连续时滞系统的原因,提出了一种能够保证估计误差指数收敛的增广故障估计滤波器设计新方法;并进一步研究了具有噪声干扰的采样数据系统的时变故障估计问题;最后,通过对某型飞控系统的仿真实验结果验证了所提方法的有效性.     

相对非圆轨道的悬停控制方法研究

自然情况下,连续有限推力条件下,设计了伴随卫星相对于椭圆以及双曲线参考轨道卫星在任意位置实现悬停的开环控制方法.考虑到摄动及推力误差,在开环控制的基础上设计了用于构形保持的自适应无抖振滑模变结构反馈控制律,在保留变结构控制强鲁棒性特点的基础上,有效抑制了高频抖振.仿真结果表明,存在未知外界干扰的情况下,反馈控制力是连续的,且稳态误差小于104m.最后以＂Moliya＂和静止轨道为例,分析了悬停轨道的可行性.