活性污泥法污水处理过程动态仿真研究

根据污水处理过程的实际需要,在国际公认的活性污泥模型ASM1模型的基础上,获得了能够反映污水处理系统出水水质的简化模型.利用LabVIEW软件平台,开发出了基于该模型的污水处理过程动态特性的仿真系统.系统具有反映污水处理过程动态信息量大、直观性好、人机交互方便等特点.通过对污水关键水质参数COD、BOD5、SS进行仿真,证明了该仿真系统的有效性.     

模糊奇异摄动系统H∞分析与综合

针对一类非线性奇异摄动系统,建立基于T-S模型的模糊奇异摄动系统模型,通过Lyapunov方法和Schur补定理,研究其稳定性、H∞性能指标和状态反馈H∞控制.将系统稳定性分析和状态反馈H∞控制器的设计,归结为求解一组与摄动参数ε无关的线性矩阵不等式问题,可以避免由ε引起数值求解的病态问题.该方法适用于标准和非标准非线性奇异摄动系统,仿真实例说明该方法的有效性.     

基于简化活性污泥数学模型的污水处理仿真研究

现有的活性污泥数学模型结构复杂、参数众多，直接用于污水处理的系统仿真有一定的困难。针对这一问题，对活性污泥1号模型ASMI面向应用进行合理的简化，得到适合描述活性污泥推流式工艺碳去除过程的模型ASP-CR．该模型的组分、反应过程和参数的数量都大大减少，并对溶解氧组分进行了特殊处理一用现场的测量值代替预测值。基于试模型建立了污水处理仿真系统，解决了数据转换和参数校正的问题．通过对海城污水处理厂处理过程的实时模拟，验证了系统的正确性和实用性。     

时滞模糊奇异摄动系统状态反馈H∞控制

针对一类非线性奇异摄动系统,建立基于T-S模型的时滞模糊奇异摄动系统模型,通过Lyapunov方法和Schur补定理,研究其状态反馈H∞控制.将系统状态反馈H∞控制器的设计,归结为求解一组与摄动参数ε无关的线性矩阵不等式问题,避免由ε引起数值求解的病态问题.所得控制器使闭环系统渐进稳定且达到给定的H∞性能指标.该方法适用于标准和非标准非线性奇异摄动系统,仿真实例说明该方法的有效性.     

奇异摄动理论

本文介绍了奇异摄动法在线性控制系统中的应用。利用这一方法可以将一个高阶系统的求解分为两个低阶系统分别求解问题,这样既可降低求解的系统阶次,又能克服系统方程组的刚性,从而大大减小计算量。因此它可用于控制系统的分析、综合和设计。文中对多重时间尺度模型、线性奇异摄动模型、利用逆变换的奇异摄动法、稳定性、可控性和可观测性、最佳线性调节器及最优线性控制等问题作了阐述。     

基于改进H∞算法的电动转向控制系统仿真研究

首先对电动助力转向系统（EPS）进行了建模、分析及合理的简化。根据该系统特性,选择基于H∞的控制方法。在对S/T奇异值曲线的深入观察和研究的基础上,提出一种根据系统频域关键参数先构造闭环函数然后反推出系统控制器的方法。EPS系统频谱分析及干扰和模型参数摄动下的仿真结果表明,该方法设计的控制器简单有效,具有很好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

火烧油层燃烧前缘传播特性的摄动分析

针对目前现场模拟火烧油层中网格划分尺度相对于燃烧前缘过大的局限性,将燃烧模型分为三个独立区域,基于充分大而有限的燃烧反应活化能假设,应用移动坐标系和奇异摄动法导出了燃烧温度和燃烧波前锋速度近似解,并在岩心尺度模型上与有限差分数值解进行了对比.结果表明,注气速度对火烧油层正向燃烧的燃烧动态影响很大;岩心尺度下奇异摄动解与有限差分数值解相一致,说明奇异摄动法求解火烧油层前缘问题可行.     

基于无奇异变换的双行轨道根数生成算法

在双行轨道根数（two line elements, TLE）和简化普适摄动轨道预报模型的基础上,针对空间目标TLE采样拟合过程中可能出现奇点的问题,提出基于无奇异变换的空间目标TLE生成算法。引入无奇异轨道根数代替开普勒根数形成改进的TLE参数,推导了目标位置矢量对改进TLE参数的偏导数矩阵,并采用选主列Givens QR分解算法进行观测方程迭代求解,以提高数值计算稳定性。仿真结果表明,该生成算法拟合精度和位置预报残差满足要求,可应用于低轨目标的空间监视。     

具有单框架控制力矩陀螺航天器的建模及可控性分析

针对具有单框架控制力矩陀螺的航天器姿态控制问题,将航天器与控制力矩陀螺看作整体系统,应用Lagrangian方程与Hamiltonian方程建立系统在重力场中的数学模型。在考虑航天器短时间内大角度机动前提下,将系统在Lagrangian形式下的状态方程简化成仿射非线性形式,以控制力矩陀螺框架角速度为输入变量,回避控制力矩陀螺在奇异情况下对系统的影响。随后应用系统Hamiltonian形式的保体积性与非线性系统可控性定理证明该系统可控,且系统可控性不受单框架控制力矩陀螺群个数、构型、奇异问题的影响。系统在重力场中的数学模型与可控性结论为以后进一步研究航天器姿态控制方法,航天器系统稳定性问题提供了理论依据。     

双参数奇异摄动问题并行多步混合方法的误差分析

奇异摄动初值问题出现于很多实际应用中。它们可被看作一类特殊刚性问题。但因它们的特殊的结构,而不能完全被B-理论覆盖。目前已有线性多步法、Runge-Kutta方法、Rosenbrock方法、一般线性方法关于奇异摄动问题的定量误差分析结果。给出了一类A(α)-稳定的并行多步混合方法关于双参数奇异摄动初值问题的定量误差分析结果;数值试验进一步表明了结论的正确性。     

活性污泥污水处理系统的模糊神经网络控制

针对中、小型污水处理厂的实际情况，在对活性污泥污水处理系统机理模型研究的基础上提出一种控制模型。在对系统进行性能分析与综合的基础上，提出了应用于该控制模型的模糊神经网络控制器。通过仿真实验表明，该控制器能够自动调整隶属度函数、动态优化控制规则，将其应用于活性污泥污水系统具有快速性与有效性，比基于规则的传统模糊控制具有更强的鲁棒性，可以获得良好的控制性能。     

基于扩张观测器的输入受限四旋翼飞行器轨迹跟踪动态面输出反馈控制

针对速度不可测和输入受限的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在模型动态不确定和外界干扰未知的情况,提出一种输入受限四旋翼飞行器轨迹跟踪动态面输出反馈控制方法。该方法首先设计非线性扩张状态观测器估计飞行器系统的速度和广义扰动,然后结合反演法和动态面技术设计动态面轨迹跟踪控制律,以降低控制算法的复杂性,同时引入双曲正切函数解决控制输入饱和问题,并构造辅助方程降低饱和效应,最后选取李雅普诺夫函数证明闭环系统所有信号一致最终有界。以大疆M100飞行器为目标进行控制仿真,结果表明,所设计的输出反馈控制器能够有效地处理飞行器系统控制输入受限、速度不可测和未知干扰问题,实现飞行器精确轨迹跟踪控制。     

活性污泥吸附和稳定过程的细胞自动机建模与仿真

从活性污泥法污水处理过程的复杂性和丰富的动力学行为出发,结合活性污泥去污机理及其生长规律,建立了活性污泥吸附和稳定过程的细胞自动机模型,并利用实际参数进行仿真实验。结果表明,该细胞自动机模型能复现活性污泥的吸附和稳定过程,反映BOD(生化需氧量)的去除情况和活性污泥的生长状况,实现活性污泥系统曝气池内污水处理过程的动态可视化模拟,展现了细胞自动机模拟污水处理过程的优势,并为类似复杂系统建模提供基本思路。     

滑翔制导炮弹自抗扰姿态解耦控制器设计

针对滑翔制导炮弹姿态控制系统设计时存在的交叉耦合、执行机构响应延迟、控制能力约束以及不确定内外扰动等问题,基于自抗扰控制技术,设计了自抗扰姿态解耦控制器。该控制器结构简单、计算量小、需调控制参数少且不依赖精确的数学模型。通过数值仿真验证了该控制器的可行性和有效性。结果表明设计的姿态控制器能有效地实现俯仰/偏航解耦,并具有快速精确的跟踪性能以及良好的抗干扰能力。此外,控制参数对较大范围内的模型参数摄动不敏感,具备较强的适应性和鲁棒性,可为该类制导炮弹的控制系统设计提供一定的参考依据。     

传统活性污泥法曝气池的细胞自动机模型

从活性污泥系统的复杂性及其生物学信息出发,结合传统活性污泥法的工艺特点,利用二维细胞自动机模拟曝气池内一个竖截面沿池长方向的演化过程,从而模拟出传统活性污泥法曝气池的污水处理过程。利用实际参数进行仿真实验,结果表明该细胞自动机模型能复现曝气池微生物复杂的生长代谢过程,描绘出有机物的降解过程和活性污泥的生长状况,实现了传统活性污泥法曝气池内污水处理过程的动态可视化,直观刻画了活性污泥系统的多样性、随机性、不确定性、强非线性等复杂系统的特征。最后,对所建模型的应用进行了分析。     

直接驱动H型平台鲁棒最优同步控制仿真研究

针对永磁直线同步电机直接驱动的H型运动平台存在双轴耦合、参数摄动及外部扰动等不确定因素,影响系统的同步控制精度和鲁棒性的问题,提出了一种基于H型运动平台耦合动力学模型的鲁棒最优同步控制方法。基于Euler-Lagrange方程,建立双轴耦合动力学模型;设计交叉耦合同步控制器,有效地将单轴跟踪误差与双轴同步误差及其变化率结合起来;设计H∞鲁棒最优同步控制器来克服参数摄动及外部扰动等不确定因素的影响,增强系统的鲁棒性。通过仿真实验证明了该方法的有效性。     

多变量极值搜索系统神经网络自适应协同控制

针对一类仿射型多变量极值搜索系统的协同控制问题,提出了一种基于神经网络的自适应协同控制方法。该方法利用协同控制实现状态变量之间的协同收敛,并确保对系统内部参数扰动和外界干扰具有不变性;以系统的状态变量、输入量、搜寻变量以及已知模型参数作为输入量,分别设计两个3层神经网络来估计状态变量极值的动态变化过程及未知参数;并采用可调参数消除此神经网络的残余估计误差。详细的理论分析证明了闭环系统的所有误差信号均指数收敛至原点的有界可调邻域内。仿真结果也说明了理论分析方法的正确性和有效性。     

具有扇区非线性输入的混沌系统函数投影同步

研究了具有扇区非线性输入且含有模型不确定和外部干扰的混沌系统的修正函数投影同步问题。基于Lyapunov稳定性理论和滑模变结构控制方法,设计了统一的滑模控制器和自适应更新规则,使得混沌驱动系统和响应系统按照期望的函数尺度因子矩阵实现同步。所设计的控制器不受扇区非线性输入、模型不确定性和外部干扰的影响, 具有很强的鲁棒性。以超混沌系统为例的仿真实验证明了该方法的有效性。