区间系统状态反馈控制的完整性设计

研究了一类不确定区间系统具有完整性的状态反馈控制设计问题 ,其中不确定性描述为系统状态矩阵的各个元素在一些确定的区间内变化。在给出区间系统的一种等价描述后 ,利用Lyapunov稳定性理论 ,导出了闭环区间系统具有完整性的充分条件 ,给出了相应的状态反馈控制器设计方法及具体设计步骤。最后通过数值算例说明了所提设计方法的有效性。     

Safety-Critical Optimal Control for Autonomous Systems

This paper presents an overview of the state of the art for safety-critical optimal control of autonomous systems. Optimal control methods are well studied, but become computationally infeasible for real-time applications when there are multiple hard safety constraints involved. To guarantee such safety constraints, it has been shown that optimizing quadratic costs while stabilizing affine control systems to desired(sets of) states subject to state and control constraints can be reduced to a sequence of Quadratic Programs(QPs) by using Control Barrier Functions(CBFs) and Control Lyapunov Functions(CLFs). The CBF method is computationally efficient, and can easily guarantee the satisfaction of nonlinear constraints for nonlinear systems, but its wide applicability still faces several challenges. First, safety is hard to guarantee for systems with high relative degree, and the above mentioned QPs can easily be infeasible if tight or time-varying control bounds are involved. The resulting solution is also sub-optimal due to its myopic solving approach. Finally, this method works conditioned on the system dynamics being accurately identified. The authors discuss recent solutions to these issues and then present a framework that combines Optimal Control with CBFs, hence termed OCBF, to obtain near-optimal solutions while guaranteeing safety constraints even in the presence of noisy dynamics. An application of the OCBF approach is included for autonomous vehicles in traffic networks.     

不可分动态离散系统的两级最优控制算法

讨论了不可分动态系统的最优控制问题 .提出了一种两级最优控制算法 .该算法首先把不可分问题转化为多目标最优控制问题 ,并用加权 Lagrangian公式产生非劣解 ,然后从非劣解集中挑出最优解 .建立了算法的理论基础 ,证明了算法的收敛性 .对两个例子的仿真结果表明算法是有效的 .     

基于模糊多目标的分布参数系统最优控制方法

针对热传导分布参数系统中的优化控制问题,通过近似线性化形成了具有不同优先级的模糊多目标优化问题,并提出了两步式模糊满意优化算法.通过参数调节,该方法既可以保证所有性能指标均能得到满意的优化,又可以满足相互之间的优先级要求,同时还降低了计算量.仿真结果表明了方法的有效性.     

产业劳动力结构的建模及控制

创建了产业劳动力结构模型,并研究了在考虑Ｃｏｂｂ－Ｄｏｕｇｌａｓ函数时的最优控制问题,结果表明,在追求最大经济效益的前提下,劳动力的转移与比较劳动生产率密切相关     

Lindblad型开放量子系统最优控制

对于伴随着松弛和耗散的Lindblad型开放量子系统,采用基于Liouville超算符变换的方法,将开放量子系统的动力学微分方程的矩阵表达形式转化成向量表达以简化微分方程的求解。以系统被控状态到达目标状态的期望值为性能指标,对变换后的开放量子系统进行最优控制律的设计,以达到状态转移的目的。在MATLAB环境下以2能级开放量子系统为例进行了系统仿真实验。对控制参数的变化对系统的布居数转移概率及其控制时间的影响进行了对比实验,并对实验结果进行了对比分析。

Abstract：

In order to solve the state of an open quantum system with relaxation and dissipation,the dynamical equation of the system in matrix was transformed into vector form in Liouville space. Taking the expectation value for the state under control reaching the target state as performance indicators,an optimal control function was derived for the system transformed. The control a 2-level open quantum system was simulated on in MATLAB. The influence to population transfer probability and control time caused by changing of parameters were analysed contrastively.     

汽车主动悬架系统的最优跟踪控制

研究汽车主动悬架系统的线性二次型最优跟踪控制问题.基于两自由度1/4汽车悬架主动控制模型,通过利用参考输入外系统的状态来构造前馈控制作用,得到了系统的最优跟踪控制律.该跟踪控制律由状态反馈项和前馈补偿项构成,前馈增益可以通过求解矩阵方程得到.仿真算例表明了采用前馈反馈控制方法进行悬架系统最优跟踪设计的有效性.     

一类基于T-S模型的非线性系统模糊完整性控制

针对一类非线性系统的执行器故障,提出了一种基于T-S模型的模糊完整性容错控制设计方法。将不同模糊规则下的系统模型转化为其中一个模糊规则下的不确定性系统,分别给出执行器故障前后模糊控制器存在的充分条件,证明了两个充分条件存在交集的情况下,根据LMI原理设计的模糊完整性控制器使得在执行器卡死或失效时,仍然能够保证非线性闭环系统的稳定性。仿真算例表明了本方法的有效性。     

时滞系统的最优PID控制与仿真

对过程控制领域中两类典型时滞系统在控制能量存在约束时的最优控制问题作了探讨。定义了一个包含跟踪误差和控制能量在内的积分平方性能指标，针对不同系统运用谱分解的方法最小化该性能指标，从而导出相应的PID控制器的参数整定方法，可使系统在控制能量约束条件下具有最优的控制性能。仿真研究进一步说明了所给方法的有效性。     

一类非线性级联系统的鲁棒不变切换控制

研究了一类具有结构不确定性的单输入非线性级联系统的鲁棒不变切换控制问题。通过基于鲁棒严格无源技术和线性子系统状态反馈的切换控制来镇定线性子系统,同时保证了指定区域的正不变性,从而得到了该类系统鲁棒不变切换控制的充分条件。在适当的假设下,得到了系统的半全局渐近稳定。设计中无需ISS假设或非线性项的线性增长条件假设。在MATLAB环境下的仿真结果表明了设计的有效性。     

Coordination Control for a Class of Multi-Agent Systems Under Asynchronous Switching

This paper studies the coordination control of nonlinear multi-agent systems under asynchronous switching, including consensus, tracking control, and containment. The asynchronous switching considered here means that the switching of the controller lags behind the mode's switching for each agent. So the matched controller is interrupted by the delayed switching. For the situation, the authors give some new results by applying the conventional distributed control protocol. The authors show that all agents can achieve consensus. Secondly, the authors show that all followers can track the actual leader. Thirdly, the authors show that all followers will converge to the convex hull spanned by the dynamic leaders as time goes on. Numerical simulations are also provided and the results show highly consistent with the theoretical results.     

离散时变系统迭代域最优学习控制

针对线性时变离散系统，首次提出并研究了迭代域内线性二次型最优迭代学习控制问题。所得到的迭代学习控制方法在迭代域内是保性能最优的，其学习率不需主观选取，学习速度可通过改变性能矩阵参数进行调节。     

二能级开放量子系统相干保持的最优控制策略

二能级量子系统在开放环境下的相干保持是量子器件实用化的关键.针对二能级开放量子系统的相干保持问题,首先将系统的主方程模型转化为实向量空间上的状态空间模型.然后借助经典最优控制的思想,提出了一种既保证系统控制能量最小,同时又最大程度的减小消相干的最优控制策略.最后就一个典型的二能级开放量子系统仿真实现其相干保持,仿真结果显示了该方案的优越性.     

中央空调水系统控制的优化分析

在中央空调系统仿真的基础上，提出和设计了变水量系统中冷水机组供水温度和二级泵供水压差控制的优化策略，并通过仿真试验进行了验证。试验的结果表明，对优化冷水机组供水温度和二级泵供水压差两个控制变量单独进行优化，可以达到一定的系统节能目的，但是，对于系统的能耗而言，这两个控制变量是相关联的，局部层次上的优化难以获得最佳的节能效果，应在系统层次LN时对它们进行优化。     

EPA网络控制系统时钟同步主时钟控制算法研究

为满足EPA网络控制系统时间同步的高精度要求,由EPA子网通讯确定性调度机制构建虚拟链路,建立基于时钟精度差的多层次主时钟选择算法.引入IEEE 1588时钟变量σPTP,动态调整时钟精度偏差(CPD:Clock Precision Difference)与时间值偏差(TVD:Time Value Difference)为权重的时钟优先级(CP),建立-种二维模糊控制器确定设备时钟性能优劣层次,而系统采用公平竞争的方法从众多现场设备中快速、准确地决策一个时钟性能最好的设备作为EPA系统的最佳主时钟,保证了系统运行的稳定性,降低了本地时钟的波动,使时钟同步精度提高到50微秒.     

具有模型和实际差异的非线性离散时滞系统最优控制

研究了非线性分布时滞系统的最优控制,提出了一种基于线性分布时滞模型和二次型性能指标问题的迭代算法。在模型和实际存在差异的情况下,该算法通过迭代求解分布时滞线性最优控制问题和参数估计问题,获得原问题的最优解。仿真实例表明该算法的有效性和实用性。     

线性系统的故障检测和最优容错控制

针对系统中含有执行器故障和传感器故障的情况,研究了线性系统的故障检测和最优容错控制问题。利用Riccati矩阵方程和Sylvester方程设计了故障情况下的动态最优容错控制律,并设计了能同时检测出故障状态和系统状态的增广的降维故障检测器,解决了最优控制中故障状态的物理不可实现问题,从而实现了系统的故障检测和容错控制并能满足二次型性能指标。仿真实例验证了这种故障检测方法和最优容错控制的有效性。     

具有持续扰动的时滞系统的最优跟踪控制

针对在外部持续扰动下的线性时滞系统提出了一种最优跟踪控制的逐次逼近算法。首先将状态向量含有时滞的线性系统的最优跟踪问题转化为最优调节问题，然后利用逐次逼近算法，将既含有时滞项又含有超前项的两点边值问题转化为不含时滞项和超前项的线性两点边值问题族得到调节系统的最优控制律，然后可以通过截取最优控制序列的有限项得到调节系统的前馈-反馈次优控制律，最后再将最优控制问题转化为最优跟踪问题。     

Numerical Solutions for Optimal Control of Stochastic Kolmogorov Systems

This work is concerned with controlled stochastic Kolmogorov systems. Such systems have received much attention recently owing to the wide range of applications in biology and ecology.Starting with the basic premise that the underlying system has an optimal control, this paper is devoted to designing numerical methods for approximation. Different from the existing literature on numerical methods for stochastic controls, the Kolmogorov systems take values in the first quadrant. That is, each component of the state is nonnegative. The work is designing an appropriate discrete-time controlled Markov chain to be in line with(locally consistent) the controlled diffusion. The authors demonstrate that the Kushner and Dupuis Markov chain approximation method still works. Convergence of the numerical scheme is proved under suitable conditions.     

一类随机摄动系统的最优控制与仿真

在内模控制(IMC)结构下对控制能量存在约束时一类随机摄动系统的最优控制及其仿真方法作了探讨。首先在鲁棒重新设计的基础上,针对一类随机模型误差的描述提出了一个平均意义上的包含跟踪误差和控制能量的性能指标,然后通过谱分解极小化该性能指标导出一个最优的内模控制器设计方法,可以兼顾模型摄动和控制能量约束,最后根据随机摄动系统的特点进行仿真研究进一步说明了所得控制方法的有效性。