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。     

混杂系统故障诊断方法综述

评述了混杂系统故障诊断方法的发展状况。首先介绍了混杂系统故障诊断问题的研究背景,然后介绍了主要的混杂系统的故障诊断方法,分析了各种方法的特点,随后介绍了一些典型的应用实例,最后探讨了这一研究领域中有待进一步研究的问题和发展趋势。     

生产线混杂系统在MATLAB下的仿真和分析

生产线动态过程显著地表现出连续和离散并存的混杂特征,建立合适的生产线混杂系统模型和分析方法无论从生产安排还是从机床负荷考虑都具有重要意义。提出了生产线的混杂建模及其在MATLAB下的Simulink和Stateflow混合仿真平台构建仿真模型的方法,在此基础上,给出了生产线混杂系统的稳定性分析原理,仿真实例表明研究方法的可行性和有效性。     

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。     

一类混杂系统的推广自动机模型及其仿真

通过分析混杂系统的特点,以混杂系统自动机建模理论为基础,结合一种特殊的并行投影结构（Projection Construct）,提出了针对混杂系统的推广自动机模型。该模型着眼于连续状态空间的划分。并行投影结构有效的处理了离散事件动态子系统和连续变量动态子系统之间的接口问题。该方法获得的混杂系统模型由图形的方式表示,简单直观。最后用两个实例介绍了推广自动机模型的建模过程,并借助Matlab环境中的Stateflow工具箱,对模型进行了仿真,结果表明该模型能够很好地解决混杂系统中离散部分和连续部分的同步协调问题。     

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.     

切换型混杂系统的建模仿真与稳定性研究

在总结切换型混杂系统稳定性的研究方法的基础上,对某切换型混杂系统进行了详细的建模仿真和分析,由实验数据对比说明结论的正确性。着重阐述集成换档规则、控制策略、液力系统特性以及发动机、变矩器、变速箱等各个模型,构成多学科综合性仿真课题的完整过程,并给出稳定性证明方法。提供一种研究换档过程动态特性及控制方法的新思路。     

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。     

铁水运输仿真系统的设计与实现

分析了铁水运输系统的特点，针对其系统为混杂系统、不同于一般铁路运输、以及包含人的因素在内的特点建立了对应的仿真系统。通过一系列的关键技术的解决和使用，仿真系统实现了对现系统和未来待建系统的系统特性分析，其结论一方面可以作为辅助决策的依据，另一方面，也为现场进行铁水物流系统的优化提供了参数和方案。     

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.     

基于知识的分层事件调度混杂系统仿真策略

仿真策略是仿真学研究的核心问题之一。本文针对一类具有决策功能的混杂系统，提出一种基于知识的分层事件调度仿真策略。通过引入专家系统，建立了决策调度和事件调度的分层智能调度模型，克服了离散事件系统仿真策略缺少决策分析和事件处理缺乏层次的局限性。该策略算法设计简单，易于实现，并且已经在宝钢铁水运输仿真系统中得到实际应用，其有效性得到证明。     

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.     

基于Matlab与VC++混编技术的混杂系统预测控制及仿真

深入研究了混杂系统基于混合逻辑的建模方法，提出变权重矩阵的预测控制策略对系统进行优化和控制，对一个具体实例进行了仿真研究，表明基于混合逻辑动态模型的变权重预测控制策略能使系统跟踪设定值并满足约束条件。基于Matlab与VC 设计的系统仿真平台，为算法工程化实施提供了一个有效途径。     

合金热挤压中基于混杂模型的突变预测与仿真

通过研究合金热挤压过程中的突变现象与观测参数之间的关系,提出了一种观测值增量估值模型,在此基础上构建了一种基于增量估值模型的混杂系统,实现对挤压过程连续状态和离散状态的有效辨识;其中,针对连续状态的辨识,为了对参量进行有效检测,将参量设计为增量加速度向量,根据观测量瞬间变化时原有稳定系统观测模型与实际情况不匹配,从而导致新息序列统计特性发生变化的事实,构造了一种增量向量检测器;针对离散状态的辨识,采用隐马尔科夫模型,结合混杂模式转换概率矩阵,构建了一种离散状态辨识器。最后,基于新提出的混杂系统模型,设计并实现了一种有效的突变预测算法,仿真实验结果表明,新算法具有良好的突变预判性。     

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.     

基于混杂系统的温室天窗温度系统建模

温室天窗温度系统可以看作是一个混杂动态系统,由于天窗的动作与控制对象温度之间的关系可以通过温度状态的值和操作约束来确定。在建立温室温度系统机理模型的基础上,将对于温度控制的操作约束和温室天窗开关动作等以命题逻辑表述,并将这些命题逻辑转化为混合整数线性不等式,然后引入辅助变量,将辅助变量和不等式约束统一到温度系统的离散状态空间模型中,构成了温室天窗温度的混杂逻辑动态模型。仿真试验表明,所建立的温度混合逻辑动态模型能较好模拟和控制室内温度。     

基于Multi-Agent的面向过程混杂系统的集成技术

基于 Multi-Agent提出了面向过程的混杂系统的集成框架 ,设计了用于该框架的单个 Agent的基本模型 ,分析了异构 Agent之间的关系 ,给出了一种新颖的 Agent变迁策略 .该框架能有效地刻画复杂过程控制系统的动态行为 ,便于系统的分析和设计 .     

跳跃机器人模糊自适应轨迹跟踪控制

从受完整约束和非完整约束的腾空相到仅受完整约束的站立相,利用空间浮动基,分阶段建立了类人机器人非规则运动-跳跃运动通用动力学模型;基于Lynapunov方法设计自适应率,研究了跳跃机器人模糊自适应轨迹跟踪控制,保证跟踪收敛和闭环系统的渐进稳定。仿真研究表明,跳跃机器人通用动力学模型为空间机器人建模提供参考;模糊自适应与计算力矩混杂模型轨迹跟踪控制改善了系统自适应性,丰富了非规则运动的姿态控制和稳定性分析方法。     

基于区间牛顿法的混杂系统状态事件探测算法

准确的探测状态事件对混杂系统仿真至关重要,特别是求解有奇点或有重根的模型。提出一个基于可变步长显式多步法的插值多项式来预测事件函数的值,并使用扩展的区间牛顿法求解事件方程的根,从而使状态事件能够被可靠地发现。插值多项式不需使用下一步的状态变量估计值,可用于有奇点系统中。区间牛顿算法可求解具有多重根的方程,并将根的不存在性探测和求根过程结合在一起。仿真实例表明本算法对混杂系统有效,在几种严苛情况下都能探测到状态事件,及时避开模型奇点,避免仿真失败。     

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。