非线性ODE-PDE耦合系统边界控制的局部镇定

主要考虑利用边界控制解决线性常微分方程(ODE)与非线性偏微分方程(PDE)耦合系统的局部镇定问题.通过含有核函数和向量值函数的Backstepping变换设计出控制律,同时给出了闭环系统局部指数镇定的证明.对线性常微分方程与非线性偏微分方程耦合系统进行仿真,结果表明该反馈控制律是可行的.     

拥挤交通流非线性模型及仿真

提出了一种新的拥挤交通流非线性模型.该模型中包括了匝道口附近的交通流模型,匝道口进出车辆的流量与主路的车流相耦合.并提出了一个重要的假设,即交通流量能够在有限的时间内对局部密度的变化做出响应.该模型由2个偏微分方程(PDE)和1个与偏微分方程相关联的常微分方程(ODE)组成.在这个简化模型中,从自由流向同步流的转换可以看成是一个具有滞后作用的临界Hopf分岔.最后通过数值模拟进行了从自由流到拥挤交通流的瞬态动力学的仿真,得到了各变量的分岔图.     

基于PDE模型的空间柔性曲梁无穷维Kalman滤波器设计

状态观测器设计是大型空间结构主动控制设计中的一项重要内容.由于大型空间结构频率低、模态密集且阻尼小,传统的基于模态截断模型的观测器设计方法容易导致观测溢出问题.直接基于结构的偏微分方程(PDE)模型进行状态观测器设计可以避免上述问题,目前正成为该领域的研究热点.针对具有弱阻尼的空间柔性曲梁,对曲梁在悬臂状态下的面内振动进行状态估计.首先建立考虑剪切变形和转动惯量的曲梁面内振动PDE模型,并通过变量替换将PDE模型转化为Hilbert空间中的抽象状态方程,然后基于Kalman滤波理论构建曲梁的无穷维状态观测器模型,并采用频域下的谱分解方法得到无穷维Kalman滤波器增益函数的解析解.最后通过数值算例对无穷维Kalman滤波器的观测效果进行了验证,并揭示了该方法在防止观测溢出方面的有效性     

基于确定学习的有阻尼受迫Sine-Gordon方程的辨识

文中就一类有阻尼受迫Sine-Gordon方程的系统动态进行辨识研究.首先利用有限差分理论,将由偏微分方程描述的无穷维Sine-Gordon方程近似为由一组常微分方程描述的有限维系统,然后证明该近似系统解的存在唯一性和收敛性,最后利用确定学习对该近似系统的系统动态进行辨识.实验结果表明,文中方法可实现该类Sine-Gordon方程系统动态的局部准确辨识.     

一类非线性奇异摄动系统的次优控制

研究一类非线性奇异摄动系统的线性二次型最优控制问题.基于奇异摄动的快慢分解理论,将系统分解为一个快子系统和一个降阶的非线性慢子系统.利用逐次逼近方法,得到了非线性慢子系统的最优控制律,进而结合快子系统的最优控制律得到了原系统的次优控制律.仿真算例表明了算法的有效性.     

改进的截断展开法及其在变系数非线性方程中的应用

本文对截断展开法进行了改进.首先,通过行波变换,将偏微分方程(PDE)转化为常微分方程(ODE).然后,在截断展开中,采用了非线性Riccati方程F′=p qF rF2将复杂的变系数非线性方程转变为一组超定代数方程组.再利用计算软件mathematic求解出代数方程组.从而得到变系数非线性演化方程的精确解.我们将这种方法应用于第一类变系数KdV方程和广义变系数KdV方程,得到了一系列精确解,其中包括一组Weierstrass椭圆函数解.这组解可以表示成Jacobi椭圆函数解,在模数m→1或m→0时这组解又可以分别退化为双曲函数解和三角函数解.     

非线性奇异摄动系统的反馈镇定

针对一类关于快系统是线性的、慢系统可部分输入输出线性化的奇异摄动系统,设计了使整个闭环系统渐近稳定的状态反馈控制器.利用奇异摄动中双时间刻度理论将原系统分解为快慢子系统,其中慢系统具有仿射非线性系统的标准形式,并分别建立了慢系统线性部分和零动态部分及边界层系统的Lyapunov函数;最终通过计算复合Lyapunov函数沿原系统轨线的导数,得到了原系统渐近稳定的充分条件,并给出了估计摄动参数ε上界所满足的定量表达式.仿真实例进一步验证了理论方法的有效性.     

执行动态补偿方法指数镇定ODE-热级联系统

ODE-热方程级联系统的镇定问题可看作带有热方程执行动态的ODE系统的镇定问题,这一转换使得执行动态补偿方法有了用武之地.通过执行动态补偿方法,展示了控制器的设计过程并设计出有效的控制器指数镇定级联系统.相对于backstepping方法,执行动态补偿方法简化了控制器的设计过程和闭环系统指数稳定性的证明.在设计控制器时不再需要求解复杂的PDE核函数,并且设计出的控制器更加简单有效.     

广义Rulkov模型的分支分析

一类二维迭代系统表现出与某些神经元膜电位变化规律相似的动力学行为.该迭代系统包含一个快变量和一个慢变量,其中快变量子系统可能包含两类吸引子:稳定不动点(模拟静息态)和混沌吸引子(模拟激发态).快变量子系统与慢变量子系统联立产生出混沌脉冲现象.通过对广义Rulkov迭代系统的分支分析证明了它可以模拟膜电位变化,并揭示出这种混沌脉冲现象是如何产生的.     

基于时间的3个动态过程的偏微分方程推导

主要讨论如何用偏微分方程(PDE)估值3个动态过程的换汇换利衍生品(cross-currency interest rate derivatives)的价格,并用有限差分法进行离散.     

基于结构化模型的电力系统元件逆系统控制方法

将非线性常微分方程系统的逆系统控制方法扩展到电力系统元件这样一类非线性微分-代数子系统.基于被控元件的指数1和关联可测特殊性,分2种情况研究了其逆系统控制方法.对于能够得到代数变量解析表达式的情况,可将非线性微分-代数子系统等价转化为关联可测的非线性常微分方程子系统;对于无法得到代数变量解析表达式的情况,可将非线性微分-代数子系统等价转化为关联可测的受限非线性常微分方程子系统.针对上述2种情况,均给出了物理可实现的控制器设计方案,实现了元件被控对象的线性化和解耦.最后按所提出的方法,设计了多机系统中的一台同步发电机组的励磁控制器.     

分布参数柔性梁的建模与振动边界控制

研究了一类具有未知扰动和变张力柔性梁的二维振动控制问题。柔性梁式结构属于典型的无穷维分布参数系统,其动力学模型由一组偏微分方程(PDEs)和一组用常微分方程(ODEs)混合构成。为了避免控制溢出和实现二维振动控制,基于柔性梁原始无穷维分布参数模型,结合边界控制技术和Lyapunov直接法,设计了纵向和横向二维PD(Proportional Derivative)控制器用以抑制柔性梁的振动,设计的PD控制器简单可行且独立于系统参数,因此具有较好的实时性和鲁棒性。其后利用经典的Lyapunov直接法对柔性梁系统的稳定性和一致有界性进行了证明。最后对所设计控制方法的有效性进行了仿真验证。     

拉普拉斯变换在求微分方程初解时的应用

拉普拉斯变换是高等数学中最常见的一种运算方法,运用拉普拉斯变换解常微分方程,可将复杂的运算过程简单化.因此,通过掌握拉普拉斯变换的定义及主要性质,并依据问题进行分析,概括出拉普拉斯变换在求解微分方程初解时的基本步骤,以此来强化对这一方法的理解.     

振动性的显式充要条件

本文给出了线性自治微分方程与差分方程所有解振动的显式充要条件。这个条件类似于判定稳定性的Ｒｏｕｔｈ－Ｈｕｒｗｉｔｚ判据。从而回答了Ｌａｄａｓ在１９９０年提出的一个公开问题。     

两步Runge-Kutta方法求解延迟微分方程的GPL-稳定性

主要研究了两步Runge-Kutta方法求解延迟系统方程的稳定性.首先讨论了两步Runge-Kutta方法求解常微分方程数值解的L-稳定性,给出L-稳定性的充分性条件,然后讨论延迟微分方程的GPL-稳定性,得到延迟微分方程是GPL-稳定的充要条件是它是L-稳定的.     

Chen-Lee-Liu方程的精确解

研究在非线性光学等领域出现的Chen-Lee-Liu(CLL)方程的精确解.通过对CLL方程的行波约化导出一个具有高次非线性项的非线性常微分方程.为了解该非线性常微分方程,给出一个新的辅助微分方程及其精确解.借助该辅助微分方程及其精确解,并根据齐次平衡原则,得到CLL方程的包络孤立波解和包络正弦波解.所用方法可应用到其它类似方程的求解.     

Maple 软件在常微分方程中的应用

Maple代数系统软件在符号计算以及微积分领域中功能非常强大，结合实际的教学与科研经验总结了几个常微分方程中应用Maple软件的例子．     

不等肢双肢墙的计算

摒弃常用的两墙肢在同一标高处转角和曲率相等，连梁的反弯点在梁的跨中，忽略连梁的轴向变形的假设。采用剪力墙常用的连续化的分析方法。用力法求解，以连梁切口处剪力ｒ（ｘ）、轴力ａ（ｘ），弯距Ｍ（ｘ）为基本未知量，导得三个未知量耦合的常微分方程组，用常微分方程求解器求得在连续化条件下的精确解。从刚度相差较大的不等肢双肢墙的算例看出：对墙肢、连梁的内力，提出的分析方法较简化解均有较大差别。     

(n+1)维Sine-Gordon方程的双周期行波解

将(n 1)维S ine-Gordon方程行波约化,得到一个常微分方程。用未知函数的变换将此方程变换成新未知函数及其导数为变元的多项式型的非线性常微发方程。该常微分方程可用扩展的F展开法求解。利用齐次平衡原则和扩展的F展开法求出了(n 1)维S ine-Gordon方程的Jacob i椭圆函数表示的双周期行波解,在极限情况下可得孤立波解。     

一类耗散动力系统的有限维约化

考虑一类定义在无限维Banach空间上的半线性耦合发展方程组.利用方程组生成无限维动力系统的一个有限维不变流形,研究有限维约化问题.更详细地,利用有限维不变流形得到一个有限维系统(称之为约化系统),并澄清了原系统和约化系统之间吸引子和平衡解的关系.