一种求解最优控制问题的非均匀控制向量参数化方法

传统的均匀参数化方法在求解固定终端时刻最优控制问题时,不能精确地逼近最优控制轨迹.针对这一问题,提出一种非均匀控制向量参数化的数值解法.首先将控制时域离散化为不同长度的时间段,各时间段长度作为新的优化参数;然后引入时间尺度因子,将非均匀参数化的最优控制问题转化为标准化时域上的均匀参数化问题;最后建立目标和约束函数的Hamilton函数,通过求解伴随方程计算梯度,采用序列二次规划方法获得数值解.针对两个经典的化工过程最优控制问题进行仿真研究,仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

基于粒子群寻优的汽车自适应巡航预测控制

为进一步提升多目标自适应巡航系统预测控制精度,提出一种基于粒子群寻优的汽车自适应巡航预测控制算法.首先建立一种包含前车加速度扰动的自适应巡航系统车间纵向运动学模型,并对其线性离散化;其次综合车距误差、相对车速、自车加速度和冲击度,设计二次型多目标优化性能指标函数和多参数约束条件,构建自适应巡航预测控制优化命题;最后为便于问题求解,将目标函数和约束条件推导转化为以预测控制增量为优化变量的规范形式,并基于粒子群优化算法求解自适应巡航预测控制的最优控制律.通过Matlab/Simulink多工况仿真结果表明,粒子群算法求解的最优控制律能够控制自车保持更好的跟踪性和自适应性.      

应用模拟退火方法优化油藏分布参数的变差函数模型

分析了油藏分布参数具有直接可利用的信息点少、信息点分布不规则,可间接利用的资料多的特点,在应用传统的变差函数模型拟合方法时存在的不足,提出了改进拟合变差函数模型的两种方法;基于直接应用信息控制点建立目标函数和增加油藏多种信息及油藏控制模型约束条件建立目标函数优化变差函数模型的模拟退火方法.以实际的例子证明直接使用信息点约束建立目标函数优化变差函数模型的可行性.     

基于四维变分的油藏数模自动历史拟合方法

应用基于最优控制理论的四维变分资料同化方法,将油藏初始参数场和历史拟合时间段内的动态资料作为约束条件,将历史拟合过程转化为非线性规划中求解定义在多维空间的最优化问题,采用Levenberg-Marquardt优化算法求解目标函数极小值,从而建立基于四维变分资料同化的油藏自动历史拟合模型。将某小断块油藏渗透率和油水相渗曲线作为被估参数,自动拟合油藏产油量和含水率历史数据。结果表明:应用四维变分资料同化方法进行油藏数模自动历史拟合是可行的,可大幅提高历史拟合的效率。     

汽车拖拉机转向机构的优化设计

本文提出用一种新的时间离散化方法对汽车拖拉机的转向机构进行优化设计．该离散化方法是按被实现函数变化率的大小划分时间单元，在被实现函数变化率较大的区域，分点较密；在率化率较小的区域，分点较稀．笔者还分别用等间距的时间离散化及切比雪夫时间离散化方法，对同一机构使用同一种优化方法进行了优化设计，并将三种计算结果进行了比较．结果表明，笔者提出的方法，没有增加计算工作量，而能提高计算精度．     

带有连续状态约束的最优控制问题的近似求解

研究了带有连续状态不等式约束的最优控制问题.应用控制函数参数化方法将最优控制问题转换为有限维优化问题,应用积分熵函数将连续状态不等式约束近似为一般约束,证明了约束近似方法的收敛性.     

三维水平井轨道设计最优控制模型改进的进化规划方法

针对三维水平井井眼轨道设计问题，建立了一个非线性最优控制模型。该模型以设计轨道总长度最短为性能指标，以非线性动力系统为约束条件，通过对非线性动力系统积分，将最优控制模型转化为一个非线性规划问题求解。为了求非线性规划问题的全局最优解，在附加一个目标函数小于当前目标函数值的约束条件下，用改进的进化规划方法寻找新的可行点策略，提出了一种新算法。将非线性最优控制模型及算法应用到实际水平井轨道设计中，数值结果证明了该模型及算法的正确性和有效性。     

融雪径流模型参数渐进式优化率定方法

融雪径流模型(SRM)是一种概念性和半分布式模型,其参数在一定程度上反应了流域对融雪的径流响应内在机制.提出了一种融雪径流模型离散化参数的渐进式优化率定方法,以新疆玛纳斯河流域为实验区,开展SRM模型参数离散化分析及其优化研究.根据模型结构剖析,确定融雪径流系数和降雨径流系数为两个待率定的敏感参数,分析了月、半月、10天和5天等不同离散尺度模型参数表征融雪径流响应时变机制的特性,对旬离散的模型参数,采用不同目标函数及优化方法分别对2001—2012共12年融雪期逐日的融雪径流过程进行模拟率参,精度评价表明渐进式优化率定方法优于分时段优化率定方法.最后以2001—2008年的融雪期作为率参期,以2009—2012年作为检验期,分别面向三个目标对模型参数进行全局优化率定,验证模拟的平均效率系数达到0.87,表明本文提出的融雪径流模型参数率定方法是有效的,经优化的模型可应用于融雪径流预测.     

强化学习性能最优控制框架及其在高压给水加热器运行优化中的应用

针对现阶段火电机组运行工况频繁波动的情况，为了解决复杂动态过程难以辨识、控制器设定点无法确定的问题，提出了一种基于历史运行数据与强化学习算法的性能最优控制框架。在现有控制器的输出上叠加少量随机噪声，采用均匀化网格算法构建并维护包含典型工况的数据缓冲区，采用基于粒子群优化的连续批量Q学习算法离线求解性能最优控制策略函数。以高压给水加热器控制任务为研究对象，得到了一种无需系统辨识也无需确定设定点即可保持变工况控制品质与换热性能的控制器求解方法。为了验证所提框架的通用性，利用某600 MW机组高压加热器的仿真模型对水位控制过程进行了分析。结果表明，基于强化学习的性能最优控制框架不需要建立系统模型，可以直接利用历史运行数据求解以累积性能最优为目标的控制策略函数，不仅在动态过程中可以达到较好的控制品质，稳态下也能使系统维持在性能较优的状态，相当于同时实现了设定值优化与设定点跟踪控制。     

多目标产业结构优化最优控制模型的改进及求解

充分考虑投人产出平衡约束中的随机变量和模糊变量,结合投人产出最优控制模型建立多目标产业结构优化最优控制模型.考虑能源消耗和污染物排放均为随机变量,并针对不同随机变量所代表的实际意义假设其满足不同的分布函数,运用随机规划和模糊规划方法将模型转化为确定性规划问题,采用评价函数和惩罚函数法将模型转化为无约束最优化问题.根据黄岛区数据利用粒子群算法对模型进行求解,给出最优控制和最优轨线.研究结果可以用来确定行业发展速度和规模,为制定产业结构优化政策提供决策帮助.     

基于动态组合优化的切换型离散系统最优控制

讨论了一类切换型混杂系统的最优控制问题.离散子系统切换次数固定且性能指标为二次型时,基于动态规划原理,将多级决策问题转化为易于求解的单级决策问题,得到切换离散系统最优控制的全局解析解.利用作为演化计算重要分支的遗传算法,对切换顺序和切换时刻进行全局搜索使性能指标达到极小,并给出具体求解步骤.最后用数字算例验证了该算法的有效性,仿真结果表明该算法可以解决一类切换线性系统的最优控制问题.     

脉冲地震波促进离散油团运移的力学机制及数值模拟

油气二次运移是油气勘探中,作为油气储存和输运的载体,孔隙介质起着非常重要的作用。因此,要研究运移规律,必须首先搞清楚地下流体在孔隙介质中的行为及其与介质之间的相互作用,分析其微观力学机制,进而得出运移规律。针对区域离散分布型油藏,建立了油团喉道模型,数值模拟了在地震冲击波作用下,储层中的宏观小尺度分散型油团穿过喉道发生迁移的过程,得出该类型油团发生迁移所需外力加速度的阈值与喉道结构参数之间的关系;并在此基础上对比分析了理想状态(无黏滞阻力)和存在黏滞阻力两种不同情形下的结果,做出了外力加速度阈值与喉道半径之间的曲线图,为深入研究外力促进油气运移提供了理论支持。     

排水管系设计的罚函数离散优化法

结合排水工程的特点，提出一种新的罚函数离散优化方法，建立排水管系优化设计模型，并提出了整体控制与局部控制相结合的水力计算方法，对各设计方案进行选择，成功地解决了现有优化方法中如动态规则法，拟差动态规划法，两相法等未能解决的一些问题?     

基于PSO算法的海运集装箱超订模型

在海运集装箱重箱舱位和空箱舱位同时存在超订的情况下,将集装箱船的运输能力设定为离散型的随机变量,建立了极小化期望总成本的海运集装箱超订模型.模型中假定重箱和空箱的单位舱位超订成本均随着超订水平单调递增.针对最优超订问题设计了粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法进行求解,并以数值算例表明了该方法的有效性.     

振动主动控制中检测器和作动器的最优配置

提出了振动主动控制系统中最大主动阻尼耗能准则，以此准则为目标函数求解检测器和作动器的最优配置问题。为了获得全局最优解，引入了模拟退火算法，并对其进行了改进。对一离散的三自由度系统和连续梁系统中检测器和作动器的最优配置进行了数值计算和实验验证，计算结果与实验结果的一致性很好，证明了所建立的准则和算法的可行性和实用性。     

有限时间离散奇异系统的奇异二次型指标最优控制问题

讨论有限时间上离散奇异系统的奇异二次型指标最优控制问题 ,指出了它的一种新的求解方法 ,提出了转化为离散正常系统的非奇异二次型指标最优控制问题的充要条件     

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.     

统一和通用的白噪声信息融合反卷积估值器

对于带不同局部动态模型的多传感器线性离散时变随机控制系统,应用Kalman滤波方法,在按标量加权最优融合准则下,提出了统一和通用的最优信息融合白噪声反卷积估值器,并对定常系统提出了稳态最优信息融合白噪声反卷积估值器。它们可统一处理白噪声反卷积融合滤波、平滑和预报问题。为了计算最优加权,提出了输人白噪声局部估计误差互协方差计算公式。它们在石油、地震勘探领域中有重要的应用背景。     

Mayer型线性最优控制问题的一阶充分条件

针对目标泛函为Mayer型的最优控制问题,在目标函数为伪凸的情形下,证明了当控制系统为线性控制时最优控制的一阶充分条件,同时证明了相应的离散最优控制问题的一阶充分条件;作为应用,通过一阶最优性条件将离散最优控制问题等价地转化为有限维变分不等式问题,并利用伪单调变分不等式的算法给出最优控制的一个数值算例。     

时间最优控制的一种算法

本文提出了对于控制作用和状态均受约束的多入多出线性系统的求解时间最优控制问题的算法。在离散数学模型的基础上,首先应用求解线性规划问题的有界变量单纯形方法求出满足控制约束的控制序列,然后再利用割平面方法处理状态约束,以求得满足约束条件的最优控制。除时间最优外,本算法还允许提出线性形式的附加目标函数。在具有附加目标函数时为能有效地处理状态约束,推导出了有界变量对偶单纯形方法。本算法通过扩展状态或部分扩展状态,可应用于一类有状态滞后的系统。为提高计算效率和减少存储容量,采取改进了的跳步算法和压缩存储技术等措施。