混杂系统粒子滤波混合状态估计及故障诊断算法

混杂系统同时包含连续动态特性和离散动态特性,并且两种动态相互作用,使其故障诊断变得更加困难。针对此问题,提出了一种混合系统粒子滤波混合状态估计及故障诊断算法,提高了现有方法的适用范围和诊断效率。针对混杂系统受控迁移、自治迁移和随机迁移等特点,首先利用随机混杂自动机对系统离散状态(包括故障)和连续状态进行统一建模,重点对现有基于扩展卡尔曼粒子滤波的连续估计算法进行改进,支持利用在线监测数据来估计混杂系统各类迁移产生的各种离散和连续状态,最后根据离散状态估计结果快速实现故障诊断。通过对典型非线性混杂系统的故障诊断,证明了该方法的有效性。     

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。     

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。     

基于状态流的一类混杂动态系统仿真方法

针对一类使用离散逻辑算法控制连续状态系统的混杂动态系统,应用Simulink仿真中的建模困难和协调连结问题,提出了利用StateFlow模块为离散逻辑系统建模并加入触发机制的解决方案.介绍了StateFlow的建模方法,以鱼雷采用自动调整提前角导引算法的水平面自导仿真为例,详尽叙述了基于StateFlow实现离散逻辑导引算法的具体步骤,建立了鱼雷水平面自导系统Simulink模型,并对整体混杂动态系统进行仿真计算.算例表明,所建立的仿真方法能有效地解决混杂动态系统仿真过程中的同步协调问题,并且简洁高效.     

多电机共直流母线混杂系统模型及其仿真

在工业生产中,为了节约能源,多台电机共用直流母线的交流传动系统被广泛采用.针对系统复杂难以建模问题,首先构造多电机共直流母线系统的广义模型;然后引入混杂系统理论,建立基于切换系统的电网整流器模型,将离散事件的活动周期图建模方法推广至混杂系统建立多电机子系统的活动周期图模型,从而得到系统整体模型,实验结果验证了所建模型的合理性.该模型为更好的开展多电机共直流母线系统的研究提供仿真平台,为系统方案的设计提供依据.     

多尺度条件下制造系统的监控器设计——极大代数方法

针对在时间多尺度条件下制造系统同时具有离散和连续事件,经典的极大代数方法已经不能描述连续事件问题,提出了一种基于混杂时间Petri网的建模方法,通过建立一个新型的双子代数系统,把混杂时间Petri网模型转化为极大代数模型.在极大代数模型基础上,借鉴自动机理论和格理论,通过定义保并映射和保交映射等概念,提出了一种监控器设计方法.这样我们可以继续在极大代数框架下研究时间多尺度条件下制造系统的建模和控制.一个简单的示例说明了极大代数方法的有效性.     

一类综合控制系统的MLD建模与仿真研究

为了实现一类综合控制系统的高性能控制,提出了利用基于混杂动态系统理论的MLD(混合逻辑动态)建模方法对系统进行建模.从分析系统的混杂特性出发,介绍了DHA(~散混杂自动机)建模框架和建立系统MLD模型的基本原理和步骤.将本质上混杂的综合控制系统在DHA框架下进行建模分析,然后利用HYSDEL(混杂系统描述语言)这种统一的建模语言对混杂系统进行抽象描述,并转换成便于计算和性能分析的MLD模型,最后通过仿真验证了所建立的MLD模型在对系统进行开环控制时的有效性.     

基于细胞自动机的电梯混合系统建模及仿真

电梯系统是一种典型的混合系统,对电梯系统所包含的连续和离散两种变量进行深入细致地考察分析,是建立准确的电梯运行模型的关键。细胞自动机理论能有效地将混合系统中的连续变量和离散变量连结起来,构建清晰、可靠的数学模型。利用细胞自动机模型模拟电梯运动行为,派梯队列进行派梯控制,构造的基于细胞自动机的电梯混合系统模型,模型结构简单,运行效果良好。在通用的MATLAB开发环境下实现了电梯混合系统模型仿真。该建模方法具有一定的通用性和可扩展性。     

基于混合Petri网的HVDC控制系统模型的研究

高压直流输电(HighVoltageDirectCurrentTransmission,缩写为HVDC)控制系统是一典型离散事件和连续动态行为相互作用的混合系统,引入混合系统的有效建模工具:混合Petri网(HybridPetriNet缩写为HPN),根据HVDC控制系统的运行特性,采用HPN对HVDC控制系统进行建模。该模型将控制系统分成离散逻辑部分、连续动态部分和状态识别接口部分来描述。由离散逻辑部分进行协调HVDC运行方式的切换,连续动态部分进行实时调节,状态识别接口部分实现对系统状态的识别并驱动离散部分的改变。通过对结合国际大电网会议CIGRE标准系统的仿真,验证了基于HPN的HVDC控制系统模型在HVDC系统在正常及故障情况下均有良好的响应特性。     

混杂动态系统理论

本文综述了迄今为止在混杂动态系统(含连续时间变量及离散事件的一类系统)研究中的两大类结果,以SIGNAL语言和关系模型为基础的混杂动态系统研究和基于离散事件系统/连续时间系统相互作用之间层次模型上混杂动态系统研究。另外,我们给出了一个详尽的讨论,来说明混杂动态系统理论研究对系统科学其它分支可能的影响。     

混合系统的面向对象仿真

提出了一种新的混合系统自动机模型。该模型把混合系统看作是由系统行为模式集、连续状态空间、外部输入集、演化函数集、转移函数集、外部输入函数集等组成的六元组,对混合系统的行为具有很强的描述能力。在此基础上,利用面向对象思想,把混合系统看作由实体对象、时序对象和界面对象组合而成的对象,建立了混合系统的面向对象仿真模型,并讨论了其仿真逻辑。这一模型为混合系统的仿真提供了通用的框架。     

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。     

函数优化的元胞蚂蚁算法

蚂蚁算法是一种源于大自然中生物世界的新的仿生类算法,已在一系列困难的组合优化问题求解中取得了成效;元胞自动机作为一种离散的动态模型在大规模的仿真计算能力方面为研究系统的行为提供了有效的虚拟实验室.基于蚂蚁算法和元胞自动机的原理,提出了一种元胞蚂蚁算法及其数学描述,可用于求解连续系统的优化问题.算法在MATLAB环境下实现,并对一些难题实例进行了验证和测试,获得了较好的效果.     

基于元胞自动机的复杂系统脆性仿真

复杂系统研究是当前的热点,脆性是复杂系统的一个基本属性．在一个复杂系统中,当一个子系统遭受足够大的打击而崩溃时,整个系统将会崩溃．元胞自动机是一个离散的动力学系统,它可以用来仿真复杂系统的行为．文章应用元胞自动机对复杂社会系统的脆性进行仿真．仿真结果说明传染病扩散对其它社会子系统具有很大的影响．作为复杂系统的一个子系统,传染病的大规模扩散会使社会混乱,进而得出它具有脆性的结论．     

敏捷导弹复合控制策略

建立了敏捷导弹的动力学模型,引入力和力矩放大因子来描述横向喷流的干扰作用。针对直接力/气动力复合控制模型,提出了一种基于模型参考的自适应控制分配方法。引入了加权分配策略,该方法将复合控制系统分解为气动力和直接力两个子系统,使设计问题得到简化。采用遗传算法(genetic algorithm, GA)对加权因子进行了多目标优化设计。仿真结果表明,所设计的复合控制系统能够快速稳定地跟踪输入指令,解决了直接力和气动力子系统的加速度分配问题。     

基于混合系统理论的电动汽车能量管理策略

以单轴并联式混合动力电动汽车为研究对象,基于混合动态系统理论,利用混合输入输出自动机模型,直观的描述了混合动力系统,分析得出了多能源功率分配和工作模式切换序列的基本规律,系统的阐述了能量最优化分配和工作模式最佳切换序列的工程实现,为进一步实现性能的优化匹配和协调控制,提高整车性能奠定了一定的基础。通过与Advisor中Insight车型的仿真结果对比,验证了基于混合动态理论能量管理策略的实际效能。     

基于广义微分Petri网的混合系统仿真方法

针对混合动态系统仿真的特点，建立其广义微分Petri网仿真模型，将混合系统的仿真统一于同一建模框架下，在此框架下，离散事件和连续状态变化对混合系统演化的推动作用均可以通过仿真模型中的变迁激发来完成，通过对广义微分Petri网的仿真过程进行分析，给出了基于该模型框架的仿真算法，并对仿真过程中出现的由资源共享引起冲突现象及其解决方案进行分析，最后讨论了仿真系统的死锁及其避免问题。     

面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模

传统运动仿真的虚拟建模缺少针对复杂系统中信息子系统与物理子系统的动态性融合建模。融合传统运动学虚拟建模与信息计算的优势，针对运动仿真的精度和实时性难以满足实际工业制造需求的问题，提出面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模方法，并以机械臂的运动学控制为仿真案例进行验证，解决了实际环境中机械臂的驱动与仿真环境虚拟机械臂运动不一致的问题。搭建了复杂系统运动仿真虚实映射平台，集成了虚拟建模环境CoppeliaSim，融合实际机器人的运动反馈，和虚实映射计算模型，确定工业机器人运动方程的唯一位姿解。实验结果表明本文提出的方法实现了工业机器人的虚实映射实时运动仿真。