特征建模与挠性结构的控制

对一种新的建模理论棗特征建模进行了全面的论证,对一般线性定常高阶系统可用二阶时变差分方程形式描述的特征建模方法进行了详细推导,介绍了在挠性结构控制中的应用,尤其是以Hubble望远镜为例介绍了特征建模与自适应控制方法的应用情况.     

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.     

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.     

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.     

可控环境生产系统建模、仿真与控制研究进展

可控环境生产系统属于复杂系统,目前对这类系统的建模及控制问题没有形成系统的方法与理论,因此在对这类系统进行控制时,缺乏理论依据.本文在回顾过去几十年可控环境生产系统建模与控制的各种方法的基础上,探讨了当前可控环境生产系统在系统建模、仿真及控制中存在的问题,如支持生产可使用的作物生长数学模型信息的不完整性,水肥系统的模型信息的时间尺度问题,环境模型的动态时变特性以及作物、土壤、大气相关变量的作用关系,耦合的多环境因子的控制问题、包括能耗在内的冲突多目标控制问题和考虑模型误差和气候突变等不确定性的鲁棒控制问题等.在此基础上,根据系统的特性:多变量,非线性,多模型(作物模型,土壤模型,大气模型)、模型之间强耦合、大尺度、能量有限、分布参数、冲突多目标等的特点,提出了该系统有效建模、仿真、控制急需解决的瓶颈问题和可能的研究趋势.     

低维特征空间中基于旋转图像的三维环境模型配准方法

近年来,异类机器人之间(如飞行机器人和地面机器人)的协作成为机器人学研究发展的一个新的领域.异类机器人协作的难点之一是协作环境建模,而由于所获得的环境模型具有不同的观测视角和尺度,其环境建模中的模型配准是一个难点和关键.目前,能够适用于大视角差、大尺度差场景配准的方法并不多,基于旋转图像的配准方法被认为是一种可行方案,但其中存在的计算负担大和在野外环境中的鲁棒性差使得其也很难在实际系统中应用.基于此,面向三维点云环境模型,以旋转图像为基础,提出了一种新的基于低维特征空间的模型配准方法.首先,通过引入模型曲率、旋转图像熵值和激光反射强度3个特征构建了一个三维特征空间,得到候选对应点集合.然后,在候选对应点集合中利用旋转图像的方法查找正确的对应关系,实现模型配准.由于低维特征空间的引入,基于旋转图像特征的对应点搜索区域大大减小,因此算法计算效率得到了极大改善.同时由于引入的新特征与场景旋转图像特征的互补性,算法的鲁棒性和精确性也得到了提升.这些性能改进最后通过实验得到了验证.     

基于特征的矢量场自适应纹理绘制

针对3D流场纹理可视化方法面临的遮挡问题,提出了一种基于流场特征模糊提取的自适应稀疏纹理绘制方法.该方法建立在一种可扩展的模糊流场特征区域描述与提取算法基础上,首先通过采用模糊理论对流场特征区域进行描述,建立了流场特征的测度规则并得到相应特征向量,然后基于特征向量偏差给出了最小平方和误差准则下的模糊测度隶属度的确定方法.根据得到的流场特征模糊隶属度场,生成可突出流场特征信息的自适应高斯噪声以进行纹理LIC卷积.同时针对纹理方法难以明确表示3D流场具体方向的缺陷,提出了两种冷暖光照方法,通过在LIC卷积过程中采用冷暖光照方法突出流场具体方向显示,有效解决了该问题.实验表明,本文方法相对于传统特征提取方法更具有可扩展性.同时自适应技术的采用,有效缓解了3D流场可视化存在的遮挡和混淆现象.而冷暖光照处理的加入,则解决了纹理方法对流场具体方向表现上的缺陷.     

基于POD-Observer技术的非定常气动力建模方法

基于本征正交分解（POD）结合观测器（Observer）技术,发展了一种新的适合于气动弹性分析的非定常气动力降阶方法.通过全阶系统行为的样本采用POD方法导出一组流体模态.将POD训练的全阶响应投影到流体模态上,得到模态幅值的响应时间历程.经由deadbeat观测器处理,这些训练数据用于识别模态幅值动态系统的Markov参数.采用特征实现算法基于上述的Markov参数构建系统的状态空间模型.算例选取了亚声速流场中的二维翼型系统.结果表明降阶模型复现了全阶系统的主要动态特性,极大缩减了原系统的自由度数量并且显著提高了计算效率.     

基于嫦娥一号卫星激光测高数据的月球DEM及高程分布特征模型

嫦娥一号卫星激光高度计获取了820多万个有效记录点,为了探索利用嫦娥一号卫星激光测高数据生成高精度的月球数字高程模型,本文提出了层次多结点样条算法,该算法利用一系列从粗糙到精细的多结点样条控制网格来逐步逼近或插值给定的激光测高数据.基于该算法,利用嫦娥一号卫星激光测高数据,生成了空间分辨率为0.0625°×0.0625°的全月球数字高程模型,并将该模型分别与ULCN2005和CLTM-s01及日本"月女神"模型进行了对比.同时,探讨了月面高程分布规律,并建立了嫦娥一号卫星高程的分布特征模型.全月球、月球正面高程呈正偏态、高峰态的正态分布;月球背面高程呈正偏态、低峰态的正态分布.     

非线性自治系统的广义Hamilton实现新方法

主要研究非线性自治系统的广义Hamilton实现问题. 首先讨论传统Hamilton实现与首次积分的关系, 提出一种新的广义Hamilton实现方法——正交分解法. 证明任一系统均有正交分解Hamilton实现, 任一渐近稳定的系统均有严格耗散实现, 并给出无源系统的耗散实现形式. 然后, 运用正交分解法研究反馈耗散实现问题, 提出一种新的反馈耗散实现方法——控制切换法. 最后, 给出几个反馈耗散实现的充分条件.     

MIMO-OFDM系统中时间-频率双选择性衰落信道的信道估计

数据的高速传输以及终端的高速移动，导致无线通信信道具有时间选择性与频率选择性两个特征，对MIMO-OFDM系统中基于导频的时间-频率双选择性衰落信道的信道估计问题进行了研究。首先，利用复指数基扩展信道模型来表示一个OFDM符号周期内双选择性衰落信道的变化；然后基于该复指数基扩展信道模型，提出了一种有效的MIMO-OFDM双选择性衰落信道的估计方法；最后在该估计算法的基础上，基于信道估计均方误差最小准则，对导频及其参数进行了优化设计，主要包括导频的个数、导频的插入位置以及导频的表达形式等，实验结果表明本文的算法在时间-频率双选择性衰落信道下具有很好的性能，并与理论分析结果相吻合。     

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.     

Rayleigh快衰落下子块正交的单载波分段频域均衡系统

本文研究了快衰落下单载波分块传输(SCBT)系统中频域线性均衡(FDLE)的方法.首先,提出了块内分段静态的信道近似模型,在此基础上推导出两正交子块的频域均衡方法,随后推导出两径情况下,两子块系统频域均衡适用的信道条件.仿真表明,在信道满足条件时,子块正交的分段频域均衡方法可以在保持单载波频域线性均衡(SC-FDLE)高效、低复杂度的同时,提高系统对抗多普勒效应的能力.     

带方向特征的Contourlet HMT模型

根据Shannon信息理论将纹理的方向特征定义为:图像中信号取值为随机分布的奇异值时方向变量的取值特征.根据这一定义,并结合Tamura方向特征的求取方法,文中对Contourlet变换系数的方向概率分布进行了研究,获得方向特征在Contourlet变换的父子子带间形成传递这一结论,在此基础上结合Contourlet隐Markov树(HMT)模型,建立了以隐状态变量分布为条件的方向隐变量的概率分布模型,即带方向特征的Contourlet HMT模型,给出了该模型的结构和训练方法.此外,通过基于所提出模型的无监督结合上下文信息的图像分割算法对合成图像和遥感图像的目标分割实验验证了所提出模型的有效性.     

线性菲涅尔系统空管预热模型分析及变占空比跟随控制应用研究

通过分析影响线性菲涅尔集热效率的关键因素,建立线性菲涅尔系统光热效率模型,基于该模型提出了一种适用于线性菲涅尔系统空管预热的变占空比跟随控制方法.通过实时数据计算每个预热周期内系统的聚光占空比,实现线性菲涅尔系统恒速率预热控制.通过MATLAB模拟不同时刻及不同辐照(DNI)下预热过程系统聚焦占空比,并将该方法应用于敦...     

基于模型诊断的发展与展望

在智能故障诊断领域中,基于模型诊断方法已经成为研究者们主要研究的对象。但是,其计算的难解性、诊断结果的数目的庞大,对实际问题没有统一、寻求适当的模型表示方法是基于模型智能故障诊断必须面临的瓶颈问题。针对国内外专家学者的研究成就和现状,本文对基于模型诊断方面的主要研究成果进行了简要地介绍,对各种方法的优点和不足进行分析,并对进一步的研究提出了一些建议。     

无需随机预言机的自适应攻陷模型下选择密文安全的单向代理重加密方案

如何构建一个在自适应攻陷模型下满足选择密文安全的单向代理重加密方案,目前尚属有待解决的重要问题.针对这一现状,文中提出了一个新的单向代理重加密方案,并在不依赖随机预言机模型的前提下,证明了方案在自适应攻陷模型下的选择密文安全性.与目前存在的不依赖随机预言机模型的Libert-Vergnaud单向代理重加密方案相比,该方案除了具有更强的安全性之外,在效率方面也具有较明显的优势.     

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.     

随机线性连续时间系统基于采样数据的二次指标控制

讨论了随机线性连续时间(LCT)系统基于采样数据的二次指标最优控制问题. 涉及到了两类随机LCT系统. 一类是定常参数的, 另一类是具有Markov时变参数的. 分析了相应闭环系统的稳定性; 比较了基于状态采样值的采样二次指标控制和基于状态全过程的常规二次指标控制下的最优指标值; 证明了当采样时间ΔT间隔不大时, 两种控制的效果差别也不大, 误差的上界分别为O(ΔT²)和O(T).