多传感器矩阵加权信息融合预测控制算法

针对多传感器线性离散时不变随机控制系统,应用Kalmam滤波方法,基于状态空间模型,在线性最小方差最优信息融合准则下,给出了多传感器按矩阵加权信息融合预测控制算法.该算法将信息融合Kalman滤波器和预测控制相结合,避免了求解复杂的Diophantine方程,可明显减轻计算负担.与单传感器情形相比,可显著提高控制精度.一个三传感器目标跟踪控制系统的仿真例子说明了算法的有效性和正确性.     

多控制面柔性翼飞行器阵风减缓研究

小型柔性翼飞行器遭遇较强阵风时会引起姿态和质心加速度的剧烈变化,并诱发柔性机翼的弹性运动,甚至导致失稳.柔性翼飞行器的阵风减缓控制需要同时考虑刚体自由度和弹性自由度.基于最小状态法,将频域非定常气动力转化成时域状态空间形式.推导了离散阵风和连续紊流扰动下,柔性翼飞行器的纵向状态空间方程.采用预测控制方法设计了阵风减缓控制器,提出了多控制面控制分配策略,解决了强阵风扰动下独立控制面控制力不足的问题.仿真结果表明,模型预测控制能够有效减缓离散阵风和连续阵风扰动下飞行器的结构载荷,稳定刚体运动和弹性运动,其控制效果优于线性二次高斯（LQG）控制.      

基于模型预测的快速交通网络路由诱导方法

为了达到均衡城市快速路网交通负荷,提高交通运行效率的目的,提出了模型预测路由诱导控制方法,控制任务描述为一个动态的、离散时间、空间的、带有约束控制变量的最优控制问题.采用宏观、确定型的、离散时间、空间、适合基于模型预测交通控制的宏观动态交通模型来构建网络交通过程模型,通过在未来较长的时段内求解每一个控制周期的最优问题来实现反馈控制.仿真实例研究结果表明,模型预测路由诱导控制方法能够考虑时变的交通状态,取得良好的控制效果,可为先进的交通管理系统构建提供依据.     

基于模型预测的双馈电机并网策略

根据电网电压矢量控制的双馈电机数学模型,推导出一种转子电流和转子电压近似解耦的状态空间方程。基于该状态空间方程的离散模型,预测双馈风力发电机系统未来的状态量和输出量。以快速达到最终稳定为目的,设计预测模型和评价函数;以该预测模型和评价函数提出了一种模型预测控制器,并将提出的模型预测控制器与转子位置初始误差补偿控制器结合,提出一种双馈电机的分步并网控制策略。仿真结果显示虽然有时模型预测控制器在跟随参考值会有超调略大的情况,但其在并网和功率阶跃响应时显示出了良好的动态特性以及稳定性,验证了模型预测控制器与分步并网控制策略的有效性以及控制器良好的控制性能。     

一类时延网络控制系统的增广状态极点配置

研究网络存在于传感器和控制器之间的网络化系统的建模和控制问题.对于短时延和长时延2种情形,通过引入增广状态,将不确定的网络控制系统模型转化成为标准的离散状态方程形式,进而基于增广状态的极点配置算法进行控制器设计.通过仿真实验证明该控制器设计的有效性和算法的正确性.     

网络控制系统的一种统一的Markov跳变模型

对于网络诱导延迟的上界大于或小于一个采样周期的两种不同情况的连续时间网络控制系统,采用离散化与增广状态空间方法,建立了统一的Markov链离散时间跳变模型.由于模型含有反映系统的网络诱导延迟的大小与计算精度的参数,因此它具有更广泛的适应性.应用离散时间线性跳变系统理论,分析了保证系统均方稳定的充要条件.在所论及的保证系统均方稳定的设计算法中,给出了一种求内点法初始可行解的方法.在延迟带有一定任意性的车载倒立摆的网络控制设计中,该改进算法得到了有效应用.     

基于交通流参数相关的阻塞流短时预测卡尔曼滤波算法

提出一种考虑交通流参数相关关系的卡尔曼滤波算法,实现阻塞流状态下道路网交通流短时预测.在交通流守恒方程的基础上,借鉴偏微分方程求解Lax-Wendroff格式离散的思想,结合阻塞流状态下交通流时间和空间特性及进出口匝道等因素的影响,建立阻塞流状态下交通流短时预测状态空间模型,并设计基于卡尔曼滤波方法的模型求解算法.最后以北京市某一区域路网为例,进行了实证性研究.研究结果表明:所建立的阻塞流状态下交通流短时预测卡尔曼滤波算法由于同时考虑了时间和空间因素,能够使预测平均绝对百分比误差(MAPE)控制在10%以内;平均MAPE仅为7.96%.相同条件下,ARIMA模型和Elman模型预测MAPE分别为19.88%和10.51%.     

摩擦接触问题参变量二次规划分析的增广Lagrange算法

建立了摩擦接触条件的增广Lagrange线性互补表述形式,继而构造出求解摩擦接触问题的一种增广Lagrange线性互补算法.与求解摩擦接触问题参变量二次规划法相比,本文模型在理论上是对摩擦接触条件的一种精确正则化模型,虽然其中也包含了惩罚参数,但在理论上不需要它趋于无穷大就能得到精确解;所提算法编程简单,便于装入现有有限元分析模快中.应用实例表明了本文方法的正确性和有效性.     

基于子空间辨识的焦炉集气管压力控制

针对焦炉集气管压力具有多变量、耦合、时变性等特点,设计焦炉集气管压力增量式在线子空间多变量预测控制策略.在增量式子空间预测控制的基础上,引入滚动窗口子空间辨识方法,设计子空间预估器模型的更新策略,实现了在线子空间自适应预测控制.应用在线子空间辨识方法对焦炉集气系统现场数据进行辨识,取得了较好的预测精度;利用子空间预估器模型进一步建立焦炉集气系统的状态空间模型,在考虑输入约束、模型时变和干扰的情况下,该模型表现出了很好的控制精度和性能.     

线性离散时间系统的预测状态空间表达式

表征线性离散时间系统的参数化模型或非参数化模型可以转换为预测状态空间表达式．利用预测空间表达式可以对各种模型预测控制系统未来多步输出进行递推最佳预测，从而使其在线预测计算量大为减少．     

基于LuGre模型的航空光电稳定平台的摩擦力矩补偿

为降低摩擦对航空光电稳定平台视轴精度的影响,提出了一种基于LuGre模型的摩擦力补偿方法。首先,对某型光电稳定平台进行分析并建立模型;然后,参数辨识确定摩擦补偿模型;并通过仿真实验验证了摩擦模型的准确性;最后,将摩擦补偿模型应用到光电稳定平台上进行实验。实验结果表明,当平台以1°,1 Hz的正弦运动时,采用基于LuGre模型的摩擦补偿后,系统在低速时出现爬行现象明显减弱。在模拟飞行转台中以2.5 Hz以内任意频率正弦扰动的作用下,加入摩擦补偿后系统的扰动隔离度至少提高了10.99 dB,最优情况已经达到16.90 dB,满足高精度光电稳定平台的性能要求。     

基于动力学模型预测控制的Stewart型轮足腿控制方法

为了提高轮足机器人Stewart型轮足腿在不同位姿条件下的精度和动态特性,提出将模型预测控制（model predictive control,MPC）应用于轮足腿的位姿跟踪.首先对Stewart平台进行受力分析,利用牛顿-欧拉方程建立动力学模型的状态空间表达式,建立MPC预测模型和优化目标函数;然后通过Adams和Matlab联合仿真对MPC控制器进行参数整定,检验其对未建模摩擦力的鲁棒性;最后通过对比实验验证MPC控制器在负载位姿变化条件下可以获得优于PI控制器的姿态跟踪精度和动态特性.      

双主动圆盘式电流变传动器的数学模型

在基于虚拟仪器构建的通用的电液测控实验台上,采用Bingham模型描写电流变液,建立电流变传动器的离散数学模型.对于随机负载干扰和不确定摩擦阻尼的情况,利用输入输出角度和转矩的采样数据,识别模型的系数,并可计算系统的无阻尼自然频率和阻尼比或时间常数.所建立的数学模型与基于Leven berg-Marquardt算法的人工神经网络建立的模型相比较,能更有利于对电流变传动系统进行结构设计、参数识别和系统控制.     

化工过程中虚假宽松约束的修正预测控制

过程控制中广泛存在着对变量的各种约束条件,因此需要设计能够满足约束条件的控制策略。约束预测控制能够处理各种输入和输出约束,是一种有效的控制方法。但在实际过程控制中,由于预测控制不检测下层回路的实际执行信息,当控制作用超出系统实际最大能力而不能完全下载时,标称约束成为虚假宽松约束,导致系统响应偏离预期,约束条件无法满足。该文基于线性系统离散状态空间模型,讨论有输入和输出区间约束条件的基于区间控制思想的预测控制。为保证虚假宽松约束发生时预测控制仍能够正确有效实施,提出及时进行一系列预测模型数据和约束条件的修正算法,并使约束条件得到满足。利用绝热连续搅拌釜式反应器(CSTR)模型的控制仿真实验证明了该算法的有效性。     

非线性系统的广义线性化预测控制

提出一种非线性系统预测控制的分层设计方法。首先采用广义线性化状态反馈得到具有指定动态的线性化系统,然后采用基于状态方程的预测控制算法,以获得良好的跟踪性和鲁棒性。最后以仿真例子证实了这种控制方案的有效性。     

光电稳定跟踪平台的载体运动耦合描述方法

针对载体运动的耦合机制及其角速度耦合模型不能准确描述角速度传递问题,采用理论建模的方法,分析了摩擦力矩与电磁转矩随载体运动的变化情况、控制系统的闭环作用下载体运动角速度的耦合机制。研究表明,捷联稳定方式下载体运动角速度存在1：1传递,而直接稳定方式下载体运动角速度无1：1传递。旋转矩阵相应元素在捷联稳定方式下为1,而在直接稳定方式下为0。于是,按载体运动耦合情况建立了角速度耦合模型。该结果为制定有效的运载体角运动隔离方案提供了理论依据。     

陀螺稳定平台建模分析

建模分析是研究和设计陀螺稳定平台的关键步骤.合理的平台模型有助于分析误差来源并设计相应的控制策略,为研究制造高精度陀螺稳定平台提供基础.本文在阐述陀螺稳定平台的硬件组成和单轴控制结构的基础上.分析了误差源以及轴间耦合问题.针对非线性摩擦力、陀螺漂移和机械谐振3个平台误差重要来源,进行平台模型建立与分析方法的研究,并讨论平台其他环节的模型.基于以上分析,面向解耦后的单轴控制系统,建立一种综合性的模型.该模型为包括电流环、速度环、稳定环和位置环在内的四环控制系统,其中非线性摩擦力部分使用了LuGre摩擦模型,并分析整体模型的特点.为研究陀螺稳定平台模型及误差补偿策略提供了一种模块化建模分析的方法.     

基于动态矩阵控制的自主移动机器人模型预测控制方法研究

自主移动机器人运动转向系统的精确控制是其实现直线运行、原地转向功能和完成自主巡航、自治搬运任务的重要基础。为实现对机器人运行转向系统的有效控制,通过分析自主移动机器人的运动转向系统的数学模型,构建出传递函数的表达形式,提出了一类基于动态矩阵控制(dynamic matrix control, DMC)的模型预测控制方法。此外,面向自主移动机器人的运动转向系统,利用Matlab平台开展了基于DMC的模型预测控制方法的仿真研究,仿真结果表明,在运动转向系统的控制过程中,基于DMC的预测控制方法同传统比例-积分-微分(proportion-integral-derivative,PID)控制器相比,在抑制超调、防止稳态误差等方面具有更强的控制性能;开展针对模型失配问题的仿真研究,进一步证明了该算法的鲁棒性和适应能力。同时,通过无障碍和有障碍两类情形下的机器人行走实验,验证了机器人运动系统的有效性。     

运动光电成像跟踪系统视轴稳定伺服控制设计研究

在对运动光电成像跟踪系统瞄准线视轴稳定单速度环伺服控制结构分析的基础上，提出一种由速度内环和稳定外环组成的串级伺服控制结构，其中速度内环和稳定外环分别由直流测速机和速率陀螺构成闭环反馈．内环调节器采用由模拟硬件实现的有源PI校正，稳定外环采用积分自调整PID复合控制策略．理论分析表明该方法能够将系统抗摩擦力矩干扰和隔离载体扰动功能由内、外速度环分开实现，系统抗干扰性、参数变化敏感性等较单环控制有较大提高．在稳定跟踪模拟转台上的仿真及测试实验显示基于DSP实现的串级控制能够更有效地隔离系统中各种扰动影响，控制性能优于单速度环控制，验证了所采用控制方式的有效性．     

预测控制中预测方程的两种基本形式及其转换

根据控制对象的状态空间模型．将预测方程归类为两种基本形式，在此基础上导出各种预测方程，揭示预测方程之间的关系．并明确各预测方程之问可能的转换方法，为进一步改进和灵活应用预测控制提供理论依据。