检索结果-内蒙古大学图书馆

系统工程与电子技术 2019年第3期41卷 619-625页

作者：王青刘雨昂刘晨董朝阳北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对一类滑动蒙皮机翼模型的强非线性、模型不确定性、未知外部干扰以及执行器饱和特性,提出了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的抗饱和控制方法。通过将变形机翼系统的不确定性视为扩张状态,设计了ESO对扩张状态进行... 详细信息

针对一类滑动蒙皮机翼模型的强非线性、模型不确定性、未知外部干扰以及执行器饱和特性,提出了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的抗饱和控制方法。通过将变形机翼系统的不确定性视为扩张状态,设计了ESO对扩张状态进行估计;并在控制策略中,对观测出的扩张状态进行实时补偿;利用线性矩阵不等式工具给出了执行器饱和条件下的收敛域。数值仿真结果表明变形机翼系统可以有效克服模型不确定性、未知外部干扰与执行器饱和的影响,完成变形指令。

关键词：变形机翼扩张状态观测器自抗扰控制抗饱和控制模型不确定性

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模型不确定条件下公司投资行为及委托代理关系

模型不确定条件下公司投资行为及委托代理关系

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作者：牛英杰上海财经大学

学位级别：博士

本文从行为金融学角度细化模型不确定性与风险的差异,在经济理论分析的基础之上,建立严格的数理金融模型,运用随机最优控制方法,研究模型不确定性如何作用于公司投资、薪酬业绩敏感度、消费动态过程、报酬契约设计、公司生产能力的扩张... 详细信息

本文从行为金融学角度细化模型不确定性与风险的差异,在经济理论分析的基础之上,建立严格的数理金融模型,运用随机最优控制方法,研究模型不确定性如何作用于公司投资、薪酬业绩敏感度、消费动态过程、报酬契约设计、公司生产能力的扩张时机,以达到最优合约设计要求或公司价值最大化的目的。本文的贡献包括如下几个方面:(1)本文在传统的委托代理理论中引入模型不确定性,考虑了委托人和代理人之间的最优与次优合约设计,研究结论表明,当模型不确定性存在时,要使委托人收益最大化,最优契约仍需要对代理人实施激励而不是传统委托代理理论所认为的不实施激励,且模型不确定性能够起到缓冲道德风险的作用。如果允许代理人在金融市场上买卖资产对冲风险,研究发现模型不确定性将通过合约转移给代理人,从而使代理人的对冲策略变得相对激进;同时最优产出分享比例与公司特质性风险的负相关关系也不再成立,最优产出分享比例可能是公司特质性风险的增函数,可能是减函数或者与其无关。(2)本文将模型不确定性与有限承诺约束相结合,从行为金融学角度讨论了三种不同情况下的最优合约设计问题,扩展后的模型发现模型不确定性和有限承诺约束对最优合约的作用机制不尽然一致,准确地讲,有限承诺约束只在合约承诺向代理人支付的总期望薪酬较低时起主导作用,随着代理人获取地薪酬或财富越多,模型不确定性对合约设计的影响逐渐凸显。结论表明,模型不确定性与有限承诺约束均对委托人的价值造成损害,但代理人的财富收入敏感性系数却不降反升;对于消费的动态过程而言,有限承诺约束只会使得代理人的消费量固定在某一特定水平,而不确定性偏好却使得最优的消费数量不在一成不变的,而是随着时间变化,并且消费的波动较收入的波动幅度偏小,这一方面为实证研究中“消费过度平滑之谜”提供了理论支撑,另一方面也解释了实际数据显示的“工资既具有右偏特征又有下降可能性”的现象。(3)本文将模型不确定性引入动态委托-代理理论,从行为金融学角度扩展了动态合约理论,结论表明模型不确定性对投资者福利损失具有不可忽略的影响,而且随着不确定程度的增加,投资者通过最优合约选择更加延迟向代理人支付现金薪酬;区别于不对称信息、时间不一致偏好、债务积压以及过度自信等视角,本文发现模型不确定性将低估公司的投资机会,导致公司投资不足,从而从不同角度丰富和完善了公司投资行为扭曲的理论解释;在投资者与代理人之间的最优合约中,投资者选择的代理人后续关于公司业绩的敏感性系数不是固定不变的,而是在达到某一阈值后逐渐增加。此外,在将合约进行财务实施的过程中发现,模型不确定不仅会降低公司的价值,同时也会降低股权的总价值;如果允许代理人和投资者通过谈判达到帕累托改进的目的,数值结果显示此时不仅出现企业投资不足的行为,也会产生过度投资的现象。(4)本文针对模糊厌恶的股东和风险厌恶的管理者的委托代理关系研究缺乏的问题,通过引入实物期权和模型不确定性,研究企业投资和激励机制设计问题。根据模型设定,管理者为管理企业付出的努力是不可观测的,且与企业收益流的平均增长率直接挂钩;股东拥有一项增长期权,可通过执行期权增加企业的资本存量,但股东在决策的过程中也表现出对模型不确定的担忧。结果表明:模型不确定条件可以提高最优合同中管理者预定的努力程度,降低投资阈值,同时增加管理者价值对企业价值变化的敏感程度。(5)本文考虑了奈特不确定性下的投资模型,这里奈特不确定性是由于不完备的信息、不明确的数据及不精确的概率等引起,常常会和优化问题紧相连。结果表明,相比于模型不确定性消失的情况,面临模型不确定性将考虑与参考模型接近的其他模型,进而降低模型识别错误的影响,导致托宾平均q和边际q降低,企业价值的下滑也使得其扩张投资决策更为保守。当把企业资产价值分解成现有资产价值和增长机会价值时,模糊厌恶参数虽然引起两部分价值的下跌,但是增长机会价值的跌幅远高于现有资产价值的跌幅。此外,数值分析表明,奈特不确定性只对增长机会beta值产生负向影响,而不影响现有资产的beta值,进而在增长效应和价值下降效应的博弈之后,企业资产beta值也是模糊厌恶参数的减函数。然而,本文对企业beta值横截面差异性的解释不同于现有研究文献提供的理论,比如企业间相互竞争程度等,所以本文的研究结论也丰富和完善了企业beta值横截面差异性的理论解释。

关键词：模型不确定性公司投资薪酬业绩敏感度有限承诺约束扩张投资托宾q 消费动态

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鲁棒时间不一致的最优控制

鲁棒时间不一致的最优控制

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2020中国自动化大会(CAC2020)

作者：司彬彬倪元华南开大学人工智能学院

本文研究了一类具有模型不确定性的时间不一致的线性二次问题,其中成本函数是非指数折扣.从鲁棒性的角度出发,我们设计了一个极小极大控制器来解决模型的不确定性.为了解决时间不一致,我们提出了一个新的概念称为鲁棒混合平衡解,其中控... 详细信息

本文研究了一类具有模型不确定性的时间不一致的线性二次问题,其中成本函数是非指数折扣.从鲁棒性的角度出发,我们设计了一个极小极大控制器来解决模型的不确定性.为了解决时间不一致,我们提出了一个新的概念称为鲁棒混合平衡解,其中控制玩家寻找时间一致的策略,扰动玩家作为虚拟玩家可以选择预承诺策略或时间一致策略,在本文中,我们仅考虑扰动玩家选择预承诺策略的情形.混合平衡解为开环和闭环情形的处理提供了便利,开环和闭环可以看作混合平衡解的特殊情况.鲁棒混合平衡解同时解决了模型不确定性和时间不一致性.本文给出了鲁棒混合平衡解存在的充要条件.

关键词：线性二次问题时间不一致性模型不确定性鲁棒控制

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回归模型法推导油菜田土壤Cd限值的不确定性

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环境科学研究 2016年第8期29卷 1170-1179页

作者：张厦宋静高慧张强刘赣中国科学院南京土壤研究所土壤环境与污染修复重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 贵州师范大学地理与环境科学学院贵州贵阳550001 贵州省环境科学研究设计院贵州贵阳550000

为研究土壤-作物迁移模型推导农田土壤环境基准的不确定性,以油菜为例,通过贵州省4种典型微酸性土壤——红壤、黄壤、石灰土和黄棕壤进行Cd盐添加的盆栽试验,除全量Cd外,选择5种有效态提取剂,分别与油菜籽w(Cd)建立土壤-作物迁移模型.参... 详细信息

为研究土壤-作物迁移模型推导农田土壤环境基准的不确定性,以油菜为例,通过贵州省4种典型微酸性土壤——红壤、黄壤、石灰土和黄棕壤进行Cd盐添加的盆栽试验,除全量Cd外,选择5种有效态提取剂,分别与油菜籽w(Cd)建立土壤-作物迁移模型.参照GB 13078—2001《饲料卫生标准》w(Cd)限值(0.5 mg/kg),采用模型预测中位值和95%预测上限进行土壤Cd限值推导并分析模型的不确定性.结果表明:全量和各提取态Cd质量分数与油菜籽w(Cd)均能建立极显著的一元(R^2为0.907~0.946)或多元(考虑p H)回归模型(R^2为0.875~0.962).5.5

模型中位值推导的农田安全种植油菜的Cd限值)随p H的升高从0.93 mg/kg增至1.45 mg/kg,HNO_3提取态、HCl提取态、DTPA提取态的Cd的质量分数也分别从0.81、0.97、0.73 mg/kg升至1.39、1.79、1.66 mg/kg.基于CaCl_2提取态Cd的一元模型对p H不敏感,SEQS_(50)不受其影响.对所有模型而言,SEQS_(50)是SEQS_(95)(基于模型95%的预测上限推导的限值)的1.1倍左右.其中,Ca Cl2提取态Cd的SEQS_(50)和SEQS_(95)分别为0.052和0.049 mg/kg,小于福建省CaCl_2提取态Cd标准限值(0.15 mg/kg).为降低不确定性,需要选择合适的提取剂,使用全量Cd,HNO_3、HCl或DTPA 3种提取态Cd建模时须兼顾p H的影响.研究显示,SEQS_(95)能够降低土壤Cd限值达标而作物Cd含量超标的可能性.

关键词： Cd 土壤-作物迁移模型油菜土壤环境质量标准模型不确定性

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次线性算子和凸算子下最优估计问题的研究

次线性算子和凸算子下最优估计问题的研究

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作者：孔垂柳山东大学

学位级别：博士

在经典的概率论框架下,正交投影定理告诉我们被估计变量的条件期望就是关于它最小均方估计问题的最优解。正是基于正交投影定理,Kalman[47],Kalman和Bucy[46]首次完整地给出了线性高斯系统下的滤波方程,从而奠定了现代滤波理论的基础。... 详细信息

在经典的概率论框架下,正交投影定理告诉我们被估计变量的条件期望就是关于它最小均方估计问题的最优解。正是基于正交投影定理,Kalman[47],Kalman和Bucy[46]首次完整地给出了线性高斯系统下的滤波方程,从而奠定了现代滤波理论的基础。此外,Bensoussan[8],Liptser和Shiryeav[51]等进一步完整地介绍和推广了 Kalman-Bucy滤波的理论结果。因此,正是基于如此完整的滤波理论体系,在不同领域中一系列部分观测(或部分信息)下随机最优控制问题才能得以解决。进一步地,如果我们将期望算子替换为次线性算子或者凸算子,那么此时我们应该如何得到次线性算子(或凸算子)下的最小二乘估计问题的最优解,并且该最优解是否仍然与条件一致风险测度和条件g-期望保持一致?这是个很有意义的问题。最近,Sun和Ji[74]研究了次线性算子下有界随机变量的最小均方估计问题。但是,这个结果限定在有界空间,在应用中有一定的局限性。因此,我们将这个结果推广到了可积空间,从而探讨随机领域中的问题。本文主要研究了次线性算子和凸算子下最小均方估计问题、次线性算子下状态方程带模糊的Kalman-Bucy滤波问题和观测方程带模糊的Kalman-Bucy滤波问题、凸算子下系统带模糊的Kalman-Bucy滤波问题。本文分为六章,其中第一章为研究背景和预备知识,第二章到第六章的研究内容概括如下。论文的第二章:本章主要研究了次线性算子下非有界随机变量的最小均方估计问题。在温和的假设条件下,我们得到了非有界随机变量的最小均方估计元的存在性和唯一性定理和最小均方估计元的一些基本的性质。并且给出三个例子说明最小均方估计元不同于条件一致风险测度和条件g-期望。本章的创新点在于删除了 Sun和Ji[74]中有界性的假设,提出一种新的证明思路解决次线性算子下可积随机变量的最小均方估计问题,并且得到可积随机变量的最小均方估计元的存在性和唯一性定理,同时也给出了最小均方估计元的一些性质。论文的第三章:本章主要研究了一个模型不确定性下广义的Kalman-Bucy滤波模型和相应的稳健估计问题,其中模糊参数θ主要影响到状态方程。我们发现这个稳健估计问题可以等价地看作是一个次线性算子下的估计问题。由Girsanov变换和最小最大值定理,我们证明这个稳健估计问题可以被重新构造成一个在新的概率测度下的Kalman-Bucy滤波问题。在本章中我们得到了最优估计元的滤波方程。此外,在特殊的条件下,我们证明了该最优估计元可以被分为两部分,其中一部分是经典情况下的滤波方程,另外一部分包含了最优的模糊参数θ*。这个结果有助于解释模糊参数是如何影响最优估计元的演变。本章的创新点在于将漂移项模糊引入经典的Kalman-Bucy模型中,那么相应的估计问题(?)就变为一个稳健估计问题(?)。根据证明的定理3.1,我们找到最优的模糊参数θast,这有助于我们将问题(?)中的两个非线性元素sup inf退化为一个非线性元素inf,并最终得到最优估计元x满足的滤波方程。论文的第四章:本章主要考虑了一个模型不确定性下的广义的Kalman-Bucy滤波模型和与之对应的稳健估计问题。在本章中,模型不确定参数θ主要影响到观测方程。我们之所以这么构建模型主要是基于Ji,Li和Miao[37]所考虑的一个动态合约问题,在他x所考虑的模型中,一个项目的可以被观测到的累计产出方程中含有不确定参数a和η。对模型更直观的解释为:不同的观测者对信号过程的衡量标准是不同的。这样就会导致模型不确定性。因此,我们考虑这个广义的Kalman-Bucy滤波模型是有意义的。我们同样是将该稳健估计问题等价的看作是在一个次线性算子下的估计问题,转而求解这样一个次线性算子下的最小均方估计问题并得到最优估计元的刻画方程。同样地,在特殊条件下,该最优估计元可以被分解为两部分,其中一部分是经典情况下的滤波方程,另外一部分包含了最优的模糊参数θ*。这个结果有助于解释模糊参数是如何影响最优估计元的演变。论文的第五章:在第五章,我们研究了凸算子下有界随机变量的最小均方估计元的存在性和唯一性的问题。本章的创新点在于考虑到次线性算子应用的局限性,我们将次线性算子下的最小均方估计元的理论推广到凸算子下。由于凸算子缺少正齐次性,因此这就导致凸算子的表达式相较于次线性算子会多出一个惩罚项。本章的内容区别于Sun和Ji[74]的主要地方在于如何处理这个惩罚项。最终我们得到凸算子下有界随机变量的最小均方估计元的存在性和唯一性定理以及最小均方估计元的性质。论文的第六章:本章的一个创新点在于将倒向随机微分方程的相关理论和Kalman-Bucy滤波理论相结合,将经典的滤波问题推广为一个关于信号过程的稳健估计问题,该问题也可以看作是在一个凸算子下的最小均方估计问题,我们

关键词： Kalman-Bucy滤波模型不确定性稳健估计最小均方估计元最小最大值定理次线性算子凸算子

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深海网箱系泊系统疲劳损伤及体系可靠度分析

深海网箱系泊系统疲劳损伤及体系可靠度分析

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作者：候会敏大连理工大学

学位级别：博士

近年来,海洋养殖产业快速发展,并逐步成为海洋渔业资源开发的重要途径。深海网箱系统作为海洋养殖设施的主要工程结构之一,其安全关乎产业健康发展。系泊系统是保障深海网箱安全的关键因素之一。在长期、复杂的海洋动力环境条件下,系泊... 详细信息

近年来,海洋养殖产业快速发展,并逐步成为海洋渔业资源开发的重要途径。深海网箱系统作为海洋养殖设施的主要工程结构之一,其安全关乎产业健康发展。系泊系统是保障深海网箱安全的关键因素之一。在长期、复杂的海洋动力环境条件下,系泊系统极值响应易超过设计阈值,并且系泊系统也可能发生疲劳失效。深海网箱系泊系统一旦发生破坏,将对深海网箱的安全造成严重威胁。因此,深海网箱系泊系统疲劳损伤及体系可靠度评估研究具有重大的工程意义。在进行海洋工程系泊系统的安全评估时,现有方法中引入的近似假设并不总是合理的,且非常依赖研究者的经验。目前,针对深海网箱系泊系统疲劳损伤及体系可靠度评估的研究有限,且其水动力数值分析的模型不确定性评估的相关研究十分匮乏。本文将对深海网箱网格式系泊系统的长期疲劳损伤、疲劳损伤概率分布、极值响应分布和模型不确定性等方面进行分析,并评估各个极限状态下深海网箱网格式系泊系统的可靠度。主要研究内容及成果包括:(1)提出了改进的谱矩等效方法计算深海网箱系泊系统长期疲劳损伤。该方法基于集中区块法,采用谱矩等效方法计算等效波况的波高参数,考虑结构疲劳损伤对有效波周期的敏感性,基于每个区块所得疲劳损伤均略微保守的原则,计算等效波况的有效波周期参数。该方法简化了复杂长期波况,并通过与原始波况下的计算结果对比,验证了本文所提出新方法的准确性。(2)分析了波群作用下深海网箱系泊缆的长期疲劳损伤。基于波包络谱,实现了波群作用下网箱水动力响应的数值模拟,探明了波浪群性变化对系泊缆疲劳特性的影响,分析了系泊缆应力范围、疲劳损伤曲线、短期疲劳损伤和长期疲劳损伤对波浪群高因子GFH和群长因子GLF的敏感性。(3)针对多因素不确定性下网箱系泊缆疲劳可靠度,提出了一种灵敏度评价方法,并对疲劳极限状态下系泊系统可靠度进行细致地研究。基于广义概率密度演化法分析了疲劳损伤分布随荷载循环数的演变过程,实现了系泊缆疲劳损伤概率分布的直接计算,并基于等效极值事件法评估了疲劳极限状态下系泊系统的可靠度,从而解决了疲劳可靠度评估过程中采用的假设适用性差的难题。(4)考虑锚链的随机腐蚀,提出了三链环非线性接触模型,分析了腐蚀后锚链的破断强度,进而评估了考虑锚链腐蚀后单体网箱和组合式网箱的系泊缆时变可靠度。基于广义概率密度演化法构建了系泊系统的极值响应概率分布,并与分布拟合法得到的结果进行了对比。基于等效极值事件法,通过保留失效事件相关性信息计算了承载力极限状态下网格式系泊系统的失效概率,进而分析了系泊缆容许强度的不确定性对系泊系统可靠度的影响。(5)基于单根系泊缆失效后网箱受损系泊系统的张力响应,利用广义概率密度演化方法和虚拟随机过程,评估了偶然极限状态下系泊缆极值张力的概率分布和受损系泊系统的可靠度。并且考虑系泊系统的连续失效,提出了改进的系泊系统可靠度评估方法,从而解决了系泊系统连续失效可靠度分析中所用假设适用性差的难题。(6)首次评估了海洋养殖设施水动力特性的模型偏差因子统计不确定性。通过收集文献中已有数值模型的验证数据得到模型偏差因子的原始样本,采用Bootstrap方法估算模型偏差因子均值和标准差的概率分布。考虑模型偏差因子统计不确定性的影响,分别对承载力极限状态和疲劳极限状态下系泊缆可靠度置信区间进行了定量评估。

关键词：系泊系统长期疲劳损伤极值响应分布体系可靠度模型不确定性

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土钉支护设计模型优化与可靠性分析

土钉支护设计模型优化与可靠性分析

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作者：黄瑞福州大学

学位级别：硕士

土钉轴力是土钉抗拔和抗拉极限状态设计的关键参数之一。基于朗肯主动土压力原理的土钉轴力简化增量计算方法虽已广泛应用于工程实践,其模型预测精度尚缺乏系统性评估。传统土钉轴力预测模型预测精度不高,难以全面考虑影响土钉轴力的多... 详细信息

土钉轴力是土钉抗拔和抗拉极限状态设计的关键参数之一。基于朗肯主动土压力原理的土钉轴力简化增量计算方法虽已广泛应用于工程实践,其模型预测精度尚缺乏系统性评估。传统土钉轴力预测模型预测精度不高,难以全面考虑影响土钉轴力的多种因素。国内土钉轴力预测模型尚缺乏系统可靠度设计。这些都是当前迫切需要解决的难点。鉴于此,本文首先从在中国建造和监测的土钉墙中收集了178根土钉共466个实测土钉轴力数据,建立数据库并进行全面分析。研究表明,通常情况下当前的朗肯简化增量法模型平均低估土钉最大轴力约10%～20%,预测精度的离散性大,高于90%;平均高估土钉平均轴力约13%,预测精度离散性中等,约为70%。此外,朗肯增量法的模型精度与其预测值的大小呈现统计负相关性。提出了基于库伦主动土压力的土钉轴力计算简化增量法,并引入一个修正系数进行计算结果校正。该修正系数可取为0.75。库伦简化增量法从统计平均意义上无偏,精度离散性中等,约为44%～66%。朗肯简化增量法与库伦简化增量法的模型因子分别服从对数正态分布和韦布尔分布。基于土钉轴力监测数据库,建立一个考虑土钉墙参数、土钉参数、土参数、和超载情况等因素的土钉轴力预测模型。结果表明,通过MATLAB神经网络代码和神经网络工具箱进行土钉轴力预测,迭代计算后最终整体R=0.92,该模型的预测精度高,模型稳定且适用范围广,可满足实际工程的应用。采用传统确定性容许应力设计（ASD）方法,对朗肯第一、第二简化增量法模型,库伦第一、第二简化增量法模型,建筑基坑、土钉规程模型的内部极限状态进行了可靠度分析。确定四种土钉模型的抗拉抗拔极限状态下满足≥2.33的安全系数。确定四种模型的抗拉抗拔性能函数相关性,分别为0.89/0.94、0.53/0.48、0.74、0.61。除建筑基坑模型外,每层土钉的,基本保持一致,其相关性会使结构倾向于同时失效。四种模型的在大多数情况下,土钉更可能拔出失效,而非拉断失效。内摩擦角增大对土钉第一层土钉的抗拔可靠度影响最明显,下面各层随深度增加土钉抗拔可靠度指标变化越小。土壤重度变化对模型可靠度指标基本没有影响,增大土钉粘结强度将使模型可靠度指标变低。

关键词：基坑工程土钉简化增量法模型不确定性模型校正神经网络可靠度设计内部极限状态

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水电站分期发电调度规则提取方法

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水力发电学报 2019年第1期38卷 20-31页

作者：郭玉雪方国华闻昕黄显峰河海大学水利水电学院南京210098

针对水电站发电优化调度需求,提出了结合灰色关联度(GRA)和贝叶斯模型平均法(BMA)提取水电站水库分期发电调度规则方法。在确定性优化调度模型基础上,首先确定决策变量和影响因子属性集,基于GRA筛选分期影响因子;然后分别采用多元线性... 详细信息

针对水电站发电优化调度需求,提出了结合灰色关联度(GRA)和贝叶斯模型平均法(BMA)提取水电站水库分期发电调度规则方法。在确定性优化调度模型基础上,首先确定决策变量和影响因子属性集,基于GRA筛选分期影响因子;然后分别采用多元线性回归模型、支持向量机模型及BP神经网络模型拟合得到分期水电站水库发电调度规则;最后应用BMA进行多模型结果加权平均获取最终分期水电站水库发电调度规则。以新安江水电站为例,对本文的方法进行了验证。研究结果表明,基于GRA和BMA结合的调度规则提取方法不仅可以提供精度较高的均值模拟,而且能较好地保持确定性优化调度的发电效益。

关键词：灰色关联度贝叶斯模型平均分期规则水电站水库发电调度模型不确定性

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面向大负载深海高速AUV航行控制方法研究

面向大负载深海高速AUV航行控制方法研究

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作者：郭军军东北大学

学位级别：硕士

海洋是一个巨大的资源宝库,而自主水下机器人(AUV,Autonomous Underwater Vehicle)是探索海洋的有力工具之一,但是AUV是一个典型的强耦合、非线性、欠驱动的动态系统,与传统的AUV相比,升力型高速AUV设计了升力翼,在不同航速下会产生不... 详细信息

海洋是一个巨大的资源宝库,而自主水下机器人(AUV,Autonomous Underwater Vehicle)是探索海洋的有力工具之一,但是AUV是一个典型的强耦合、非线性、欠驱动的动态系统,与传统的AUV相比,升力型高速AUV设计了升力翼,在不同航速下会产生不同的升力,并且相比于传统的AUV,升力型高速AUV具有宽航速和大负载的特点,使得升力型高速AUV精确的运动控制变得非常困难。因此,本文研究了升力翼的特性,建立了升力型AUV的运动模型,并在确保AUV稳定性的基础上,设计了基于径向基神经网络的滑模控制算法,有效提高了稳态精度、抑制了系统的抖振。具体研究内容和工作如下:首先,研究了升力型高速AUV与传统AUV的不同之处,对升力型高速AUV升力翼的特性进行了分析,结和传统AUV的建模知识,建立了升力型高速AUV的运动学和动力学模型,并进行了系统模型参数辨识,为升力型高速AUV运动控制算法的设计和算法的仿真验证提供了基础。其次,研究了滑模控制的基本原理,利用AUV的系统模型,在基于李雅普诺夫稳定性的基础上设计了滑模控制算法。并通过对滑模控制理论的进一步分析,针对其抖振严重难以实际应用的缺陷,通过对边界层特性进行改进,设计了 AUV的深度和航向控制器。进行了仿真实验,仿真结果表明改进后的滑模控制算法与常规的滑模控制算法相比,改进后的滑模控制能够使系统在保证稳定性和控制精度的前提下,削弱系统抖振,控制器的输出更加平缓,提高了其工程实用性。再次,研究了径向基神经网络的基本原理,对其在线建模能力进行了分析。对于模型不精确部分通过径向基神经网络进行在线补偿,提高模型精确性。通过基于径向基神经网络补偿的滑模控制算法设计了 AUV的深度和航向控制器。进行了仿真实验,仿真结果表明补偿后的滑模控制算法与补偿前的滑模控制算法相比,补偿后的滑模控制算法能够使系统在削弱抖振的前提下获得更好的控制精度。最后,对本文基于径向基神经网络的滑模控制在AUV运动控制方面的应用情况进行了分析,总结了本文的研究内容以及获得的研究成果,并对论文提出了进一步的展望。

关键词：升力型高速AUV 模型不确定性 RBF神经网络滑模控制抖振

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基于事件触发的复杂网络状况下的反馈控制系统稳定性研究

基于事件触发的复杂网络状况下的反馈控制系统稳定性研究

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作者：江相华中国科学技术大学

学位级别：硕士

从上世纪末开始,网络化控制系统以及事件触发控制策略便一直是热门研究领域,得到了很多研究成果。近些年,在网络化控制系统基础上发展出了信息物理融合系统、云控制系统等。尽管在实际中,各个网络化控制系统的组成可能略有不同,但其共... 详细信息

从上世纪末开始,网络化控制系统以及事件触发控制策略便一直是热门研究领域,得到了很多研究成果。近些年,在网络化控制系统基础上发展出了信息物理融合系统、云控制系统等。尽管在实际中,各个网络化控制系统的组成可能略有不同,但其共同本质都是基于通用共享数字网络进行反馈信息传递。本文主要研究了基于事件触发的控制策略使得复杂网络环境下的连续时间高维线性系统能够实现稳定性,并尽可能减少一定时间内通信所消耗的比特。注意到,我们文中所关注的系统稳定性所面临的干扰不仅仅是简单的过程噪声,而是有很多实际网络干扰,例如网络时延和反馈丢包等。由于多种干扰的耦合,本文考虑的复杂环境下的高维系统和传统的只考虑单一干扰的系统相比,稳定性分析要更加困难,特别是在连续丢包的情况下系统状态误差的估计需要额外的关注。在现有研究基础上,本文主要研究网络化高维控制系统在复杂网络环境下的稳定性问题。主要研究内容包括如下几个方面:首先,针对网络化控制的量化反馈系统中的时钟不同步、网络时延、模型不确定性、量化误差以及系统噪声等问题,提出基于模型的事件触发动态量化反馈控制策略,使得系统达到“输入-状态实用稳定性(Input-to-state Practically Stability,ISPS)。考虑到系统的物理背景,首先采用了静态均匀量化器对每次传输的数据进行编码。在传感器处生成的信息被量化,并通过一个受到网络时延影响的数字通信信道传输到控制器。本文采用传输“时间戳”的方法提取触发时刻的时间信息,通过设计好的更新方式补偿传感器与控制器中的模型状态,使得更新之后两者尽可能保持一致。而本文考虑到实际网络中各节点本地的时钟不同步,这种时钟偏移可能导致传感器和控制器的状态估计之间的长期不一致。针对以上提及的这些问题,本文设计了触发条件和更新方式保证系统的输入-状态实用稳定性,并且通过分析得出保证系统稳定的网络时延基于系统参数的上界。同时基于上述分析系统的两次连续触发间隔存在不为零的下界,故可以避免系统出现有限时间内无限次触发的“Zeno-behavior”,最后设计仿真实验验证了此策略。然后,在上述策略的基础上考虑了反馈丢包产生的影响,为了进一步降低系统的平均通信频率,提出了一种基于模型的周期性事件触发控制机制。相比于前一章中分析此节改为使用动态量化器,可以求得确保系统在均方意义下的“输入-状态稳定性(Input-to-state Stability,ISS)”的有限比特率条件。并且具体设计了动态量化器的量化策略,为了在系统中使用此量化器,本文使用了基于模型状态的触发条件。此外,针对“独立同分布的(IndependentandIdentically Distributed,i.i.d.)”反馈丢包对事件触发系数进行了相应的修改,为了使传感器与控制器中的模型状态在更新后相同,采用了基于控制量的“确认信号(Acknowledgement,ACK)”的方式。ACK可以保证传感器准确记录每一次丢包,并将这些信息编码进每次一次传输的数据包中,在控制器成功接收之后做出补偿更新保证两者系数和状态一致。此外,本文计算得到了使得系统输入-状态稳定的有限比特率,最后设计仿真实验验证了此策略。最后,借助前文中的周期性事件触发策略,提出了不借助ACK对存在丢包的网络化控制系统的稳定性分析的策略。考虑到传统方法对存在反馈丢包的系统大多采用ACK进行补偿,当传感器发出的数据包被控制器收到后,控制器会通过ACK告知传感器。如果发出了数据包却没在指点的时间内收到ACK,传感器会存下丢包的信息以备下一次传输的时候进行补偿。但ACK的设计相当复杂,故本文针对存在不连续丢包的连续时间的标量线性系统,考虑带有界网络时延的情况下,设计了合理的周期性事件触发条件和模型更新方式,保证系统在均方意义下输入-状态实用稳定。最后设计仿真实验验证了此策略。

关键词：网络化控制系统事件触发模型不确定性网络时延反馈丢包输入-状态稳定有限稳定比特率条件

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