检索结果-内蒙古大学图书馆

数字技术与应用 2024年第6期42卷 23-25页

作者：苏蓓蓓顾群无锡科技职业学院

本文提出了一种基于自适应模糊补偿的机器人机械手鲁棒滑模控制方法,以解决柔性机械手动力学方程复杂、外部扰动和模型不确定性的挑战。该方法用于设计非线性系统的控制器。通过采用模糊系统,实现对机器手模型未知部分的自适应逼近,从... 详细信息

本文提出了一种基于自适应模糊补偿的机器人机械手鲁棒滑模控制方法,以解决柔性机械手动力学方程复杂、外部扰动和模型不确定性的挑战。该方法用于设计非线性系统的控制器。通过采用模糊系统,实现对机器手模型未知部分的自适应逼近,从而提高系统对外部扰动和不确定性的鲁棒性。通过Matlab/Simulink仿真结果表明,基于自适应模糊补偿能够实现控制系统稳定,可有效降低模糊增益。

关键词：柔性机械手模糊系统模型不确定性非线性系统滑模控制模型未知机器人机械手外部扰动

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Robust最优投资策略选择与资产专门化

Robust最优投资策略选择与资产专门化

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作者：孙漫浙江工商大学

学位级别：硕士

在金融市场中,投资组合作为一种有效的风险分散工具对投资者来说是十分重要的,最优投资组合选择是探讨在不确定的条件下,理性的个人投资者或者机构投资者,如何通过在资本市场中选择投资品种的种类和数量,对有限的资源或者财富进行跨期... 详细信息

在金融市场中,投资组合作为一种有效的风险分散工具对投资者来说是十分重要的,最优投资组合选择是探讨在不确定的条件下,理性的个人投资者或者机构投资者,如何通过在资本市场中选择投资品种的种类和数量,对有限的资源或者财富进行跨期的最优资产配置,以最大限度优化投资者未来的消费或者财富,以实现资产组合收益最大化与风险最小化之间的均衡。面对复杂多变的金融市场和层出不穷的金融产品,如何选择金融资产来构造最优的投资组合一直都是现代金融关注的重点问题。在金融实践中,要准确刻画资产价格的真正模型或实际数据生成过程,是非常困难的,模型不确定是广泛存在的。金融市场的风险和模型不确定性是金融数学领域量化建模和决策分析所需要考虑的两大要素,如何在模型不确定性框架下进行投资决策有着极其重要的理论和应用价值。本文首先考虑了均值-方差准则下模糊厌恶投资者的稳健最优投资策略选择和资产专门化问题,投资者担心模型错误刻画而在均值-方差准则下选择稳健最优投资策略。假设投资者可以通过投资一个无风险资产和两个具有相关关系的风险股票来管理其风险,我们通过模型不确定性来刻画投资者对不同风险股票面临风险的熟悉程度。通过应用拉格朗日乘数法把经典的均值-方差问题转化为无约束条件的最优随机控制问题,通过求解相应的HJB方程得到投资者的Robust最优投资策略和值函数的显示表达式。分析模型不确定性对投资者稳健最优投资策略的影响。通过数值计算给出了投资者的稳健最优投资策略和值函数与模型主要参数之间的关系。研究结果显示,当投资者完全没有风险股票的特有风险信息时,投资者不会冒风险将资金投资于该风险股票,而是会只投资另一个相对熟悉的风险股票,采用资产专门化的投资策略。但当投资者对两只风险股票的系统风险都完全不熟悉,但具有两只风险股票的特有风险信息时,投资者会将资金投资于两只风险股票。并且当投资者对风险资产不熟悉时,忽略模型不确定性会给投资者带来较大的效用损失。然后,本文还探讨了效用最大化目标下模糊厌恶投资者的稳健最优投资策略选择和资产专门化问题,投资者依然担心模型错误刻画而在效用最大化目标下选择稳健最优投资策略。假设投资者可以通过投资一个无风险资产和两个具有相关关系的风险股票来管理其风险,我们通过模型不确定性来刻画投资者对不同风股票面临风险的熟悉程度。通过求解值函数和最优策略满足的HJB方程得到效用最大化目标下的模糊厌恶投资者的最优投资策略和值函数的显示解,分析模型不确定性对投资者稳健最优投资策略的影响,并通过数值计算给出了投资者的稳健最优投资策略和值函数与模型主要参数之间的关系。研究结果发现,当模糊厌恶投资者对风险资产极不熟悉时,投资者是不会投资于该风险资产。当每只风险股票只含有特有风险,并且特有风险相互独立时,则在每一只风险资产的最优的投资策略只跟其自身对其特有风险的熟悉程度有关,而跟另一只风险股票无关。投资者的最优投资策略是其风险厌恶系数的减函数。当投资者越厌恶风险,忽略模型不确定性带来的效用损失就大。

关键词：均值-方差准则效用最大化模型不确定性 Hamilton-Jacobi-Bellman方程资产专门化

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建筑间歇式温度控制及其节能效果评价方法

建筑间歇式温度控制及其节能效果评价方法

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作者：孙寿晨山东科技大学

学位级别：硕士

建筑能耗占世界最终能源消耗的比例很大，并且供暖能耗占建筑能耗的最大份额，因此应该采取有效的供暖节能措施，为实现“双碳”目标做出贡献。供暖建筑可以根据使用状态分为占用期和非占用期，间歇式温度控制方法通过提前开启供暖设备... 详细信息

建筑能耗占世界最终能源消耗的比例很大，并且供暖能耗占建筑能耗的最大份额，因此应该采取有效的供暖节能措施，为实现“双碳”目标做出贡献。供暖建筑可以根据使用状态分为占用期和非占用期，间歇式温度控制方法通过提前开启供暖设备进行建筑预热,保证建筑室内温度在占用期处于舒适范围内。相比于持续温度控制方法，间歇式温度控制方法能够根据建筑的占用情况和用户需求进行供暖，降低供暖能耗，被认为是一种有效的节能措施。但是，现有研究中，间歇式温度控制方法存在要求已知建筑的物理参数、没有考虑模型的不确定性等问题，造成室内温度的控制效果比较差，并且无法灵活应用到不同建筑。因此，本文提出了一种建筑间歇式温度控制及其节能效果评价方法，在保证建筑室内温度热舒适性的同时，最大程度的节约能耗。具体开展了以下工作:　　1、间歇式供暖建筑的模型搭建:根据能量守恒定律和传热机理知识，结合室内温度实验数据，搭建建筑动态物理模型，通过遗传算法估计建筑动态物理模型参数，实验数据和仿真数据的拟合效果证明了该物理模型的正确性。利用模型不确定性描述环境条件对室内温度的影响，改进动态物理模型，获得便于计算的系统模型，为后续供暖建筑间歇式温度控制及其节能效果评价的研究奠定基础。　　2、考虑模型不确定性的间歇式温度控制:基于模型参数不确定性范围获得预热时间的不确定样本，利用统计概率方法从样本中估计预热时间，以一定概率水平确保预热成功。利用贝叶斯估计理论设计室内温度报警器，以一定置信水平消除干扰报警，避免供暖设备的误动作。对比现有的模型迭代法和模型倒置法，所提方法不需要已知建筑物理参数，考虑模型不确定性获得可靠的预热时间，并设计了室内温度报警器，实现了优于现有方法的室内温度控制效果。　　3、间歇式温度控制的节能效果评价:基于贝叶斯线性回归方法建立了度日数和供暖能耗之间的关系模型，获得供暖能耗及其不确定性范围，并根据不同供暖措施在相同度日数下的能耗差值获得节能量的不确定性范围，以此对供暖措施进行节能效果评价。对比现有的基于统计模型和基于物理模型的方法，所提方法不需要已知建筑物理参数，仅使用少量历史数据获得可靠的供暖能耗，并考虑了供暖能耗的不确定性，实现了优于现有方法的节能量估计精度。　　本文给出了数值仿真和实验案例，并与现有预热时间计算方法和节能效果评价方法进行对比，结果表明考虑模型不确定性的间歇式温度控制方法能够有效控制室内温度，实现用户对热舒适性的要求和节约供暖能耗，验证了所提方法的有效性。

关键词：建筑供暖间歇式温度控制模型不确定性节能效果评价

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基于滑模的带不匹配干扰高阶多智能体包含控制研究

基于滑模的带不匹配干扰高阶多智能体包含控制研究

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作者：陈柯西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,由于多智能体系统包含控制在各个领域的应用不断扩展和深入,例如无人机编队飞行、机器人协同作业、智能交通系统、智能电网等,这一研究领域已经引起了广泛的关注和许多学者的投入。多智能体包含控制作为一致性问题的扩展形式,需... 详细信息

近年来,由于多智能体系统包含控制在各个领域的应用不断扩展和深入,例如无人机编队飞行、机器人协同作业、智能交通系统、智能电网等,这一研究领域已经引起了广泛的关注和许多学者的投入。多智能体包含控制作为一致性问题的扩展形式,需要设计控制策略使得一组跟随智能体的状态保持在另一组领导智能体所定义的凸包之内运动。同时,多智能体系统包含控制的研究也面临着一些挑战,包括如何处理系统内部和外部的不确定性、干扰,如何在有限资源和通信限制条件下实现高效协作,以及如何在动态和不断变化的环境中适应和学习等,本文将主要基于上述部分问题进行深入研究。主要工作如下: (1)研究二阶非线性多智能体系统在存在不匹配干扰、匹配干扰和非线性项情况下的有限时间包含控制问题。工作的开展首先是基于非奇异终端滑模的方法基础上,先行借助精确鲁棒微分器对非匹配干扰进行有限时间估计,设计并构建了相应的带干扰估计器的复合新型滑模面和相应的非奇异包含控制协议,借助图论和Lyapunov稳定性理论证明了该控制协议且所选参数满足条件的既定条件的情况下来解决带不匹配干扰的非线性二阶多智能体有限时间包含控制问题的充分性,并通过两个数值仿真案例验证上述包含控制协议在固定拓扑及切换拓扑下中都能使二阶非线性多智能体系统完成有限时间包含控制的目标。 (2)在(1)二阶多智能体的基础上研究了对于高阶非线性多智能体系统在存在不匹配干扰、匹配干扰和模型不确定情况下的有限时间包含控制问题。工作首先同样先借助鲁棒微分器对非匹配干扰及其高阶导数进行有限时间估计,并在n阶系统的非奇异终端积分滑模面的基础上融入干扰估计器,紧接着针对该滑模面设计相应的包含控制协议,通过Lyapunov稳定性理论和有限时间控制理论证明了该控制协议在所选参数满足条件的情况下能够使带不匹配干扰的n非线性阶多智能体系统在有限时间内完成包含控制任务,最后通过两个仿真案例,再次验证了高阶非线性智能体系统在固定拓扑和切换拓扑两种模式下实现有限时间包含控制。 (3)在(1)与(2)的基础上本章将自适应RBF神经网络与滑模控制相结合,研究了具有任意模型不确定性,同时带有不匹配干扰,匹配干扰的高阶多智能体包含控制问题。首先针对不匹配干扰,改进原有的动力学模型,对带干扰的复合状态设计有限时间观测器,对于模型的不确定性,运用RBFNNs进行逼近。其次,基于观测器和神经网络逼近值,通过滑模控制的方法,设计了分布式自适应包含控制协议,并采用最小参数学习法优化权值更新律,相较于更新整个权值矩阵,其将更新范围简化为标量运算,极大地减少了在线计算负担。紧接着,基于Laypunov稳定性理论证明了所提出的控制方法可以保证跟随者智能体的包含控制误差能够渐进收敛,即多智能体系统能够完成包含控制任务,最后通过一个仿真实例再次验证本章算法的有效性。

关键词：多智能体包含控制高阶系统滑模控制不匹配干扰模型不确定性

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面向康复训练的可重构绳索牵引并联机器人构型优化与运动控制研究

面向康复训练的可重构绳索牵引并联机器人构型优化与运动控制研究

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作者：周煜中国科学技术大学

学位级别：硕士

可重构绳索牵引并联机器人是一类利用柔性绳索取代刚性连杆的特殊并联机器人。由于轻质的绳索可以方便地缠绕在卷筒上,因而这类机器人具有大空间、高负载、高速度和易于变换构型等突出优势。在医学康复领域使用可重构绳索牵引并联机器... 详细信息

可重构绳索牵引并联机器人是一类利用柔性绳索取代刚性连杆的特殊并联机器人。由于轻质的绳索可以方便地缠绕在卷筒上,因而这类机器人具有大空间、高负载、高速度和易于变换构型等突出优势。在医学康复领域使用可重构绳索牵引并联机器人进行康复训练时,往往因为康复场景不同、待康复患者差异等因素,对机器人提出不同的要求。为此,需要针对不同的场景对可重构绳索牵引并联机器人进行优化,使患者能获得最好的治疗效果。本文针对不同的康复场景,选择不同的康复指标对可重构绳索牵引并联机器人进行构型优化,并设计了一种自适应鲁棒控制器来解决康复患者肢体动力学模型具有不确定性的问题。论文的主要内容如下:1)针对可重构绳索牵引并联机器人在上肢康复训练中的应用,基于绳索拉力的二范数,定义了机器人的性能空间,并给出了基于区间分析的性能空间的求解算法,以性能空间体积为优化指标,利用模拟退火算法,对机器人的构型进行优化。该构型优化策略使机器人能在上肢康复训练中以最优构型进行工作。在仿真中,求解了在不同情况下的可重构绳索牵引并联机器人的最优构型,得到了相应情况下的性能空间,并分析了相关参数对最优构型、性能空间的影响。2)针对可重构绳索牵引并联机器人在下肢康复训练中的应用,对机器人的训练轨迹和牵引构型进行了复合优化求解。基于生理学知识,建立了下肢屈伸运动的简化肌肉骨骼模型和下肢与机器人整体的动力学模型,选择归一化的肌肉能量和机器人的能耗作为优化目标来对机器人的康复训练轨迹和牵引构型进行复合优化。在仿真中,通过对比优化前后的轨迹和构型,证明了优化设计的有效性。在实际实验中,设计了一种虚拟肌肉装置来模拟患者的实际肌肉,并通过实验验证了优化轨迹能高效激活肌肉,使患者获得更好的训练效果。3)考虑到实际康复训练中患者肢体动力学参数具有不确定性的问题,设计了一种自适应鲁棒控制律来进行康复过程中的轨迹跟踪控制。首先建立带有摩擦的卷筒滑轮模型和患者肢体动力学模型,基于此模型设计了自适应鲁棒控制律。在仿真中,验证了该控制器在模型具有不确定性时有着良好的跟踪性能。最优训练轨迹跟踪控制的实际实验结果显示,该控制器能精确跟踪最优训练轨迹,满足实际康复训练的需求。

关键词：绳索牵引并联机器人可重构康复训练优化设计模型不确定性自适应控制

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混合养老金的最优控制策略问题

混合养老金的最优控制策略问题

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作者：陈娅新疆大学

学位级别：硕士

随着人口老龄化和预期寿命的延长，人们对养老金的需求也随之增加.养老金的资产配置问题变得越来越重要.在传统的养老金计划中，风险只由养老金管理者和参与者其中的一方承担，这大大降低了参与者的积极性.于是产生了混合养老金计划,并... 详细信息

随着人口老龄化和预期寿命的延长，人们对养老金的需求也随之增加.养老金的资产配置问题变得越来越重要.在传统的养老金计划中，风险只由养老金管理者和参与者其中的一方承担，这大大降低了参与者的积极性.于是产生了混合养老金计划,并在许多国家广泛使用.混合养老金计划的风险在计划发起人、参与者以及参与者的不同代际之间进行分担,以维持稳定的收益支付水平和养老金计划的可持续性.本文从养老金管理者的角度出发，研究混合养老金的最优控制问题.以养老金体系保持收支平衡为目标,在不同的金融市场和风险因素下为养老金管理者寻求最优控制策略.　　首先，在通胀风险影响下研究了一类混合养老金计划—目标收益养老金(target benefits pensions,TBP)的最优投资和收益支付问题.为了保护从该计划中受益之前死亡的养老金成员，考虑保费返还条款.养老金对无风险资产，通胀指数零息债券，风险资产进行投资.以计划参与者的福利和养老金终端财富的预期效用最大为优化目标求解最优控制策略.为了兼顾养老金管理者和计划参与者的利益，采用Cobb-Douglas效用函数建立优化模型,运用随机动态规划方法求解得到了最优策略和值函数的表达式.最后,通过数值分析,讨论了相关参数对最优策略的影响.　　其次，研究了长寿风险影响下混合养老金计划的最优投资和调整问题.假设长寿风险由动态死亡率模型来度量，这扩展了马克汉姆定律.金融市场的股票遵循常弹性方差(constant elasticity of variance,CEV)模型.同时考虑在模型不确定理论框架中,养老金管理者有不同程度的模糊厌恶.目标是在有限的时间范围内，使缴费和收益支付调整以及最终财富的预期贴现效用最小.通过违约前和违约后情况的哈密顿-雅可比-贝尔曼(Hamilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程.在指数损失函数下推导出了 α-鲁棒最优投资策略和调整策略.并对重要参数进行了数值分析.　　最后，研究了通胀风险和模型不确定下混合养老金的最优投资和调整问题.养老金管理者对模型参数不确定带来的风险是模糊风险厌恶的.养老金投资于无风险资产和风险资产，考虑通货膨胀与金融市场具有相关性.以参与者缴费偏离目标，退休后养老金收益支付偏离目标以及代际之间风险分担的组合最小化为目标.通过建立相应的HJB方程，在指数效用函数的形式下求解得到了最优投资策略和调整策略.

关键词：金融市场混合养老金最优控制通胀风险长寿风险模型不确定性

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一类二阶欠驱动系统的自适应有限时间滑模控制

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建模与仿真 2023年第2期12卷 677-688页

作者：王蓉刘永春刘鑫四川轻化工大学自动化与信息工程学院四川自贡人工智能四川省重点实验室四川自贡

基于有限时间稳定性理论和分层滑模控制原理,本文研究了一类具有外部干扰和模型不确定性的二阶欠驱动系统的跟踪控制问题。首先,采用非线性滑模面设计有限时间分层滑模控制器,使得系统达到全局有限时间稳定并且避免了奇异现象。其次,为... 详细信息

基于有限时间稳定性理论和分层滑模控制原理,本文研究了一类具有外部干扰和模型不确定性的二阶欠驱动系统的跟踪控制问题。首先,采用非线性滑模面设计有限时间分层滑模控制器,使得系统达到全局有限时间稳定并且避免了奇异现象。其次,为了提高系统的鲁棒性,采用RBF (Radial Basis Function)神经网络对系统的外部干扰和模型不确定性的上界进行实时逼近以及采用自适应控制设计神经网络更新律。再次,利用Lyapunov稳定性理论和齐次性理论证明系统的渐近稳定性和全局有限时间收敛性。最后,通过仿真结果验证了该控制方法的有效性。

关键词：欠驱动系统模型不确定性有限时间稳定性自适应控制神经网络滑模控制奇异现象跟踪控制

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模型不确定的电主轴加速退化试验多目标优化设计方法

模型不确定的电主轴加速退化试验多目标优化设计方法

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作者：郭劲言吉林大学

学位级别：博士

数控机床是制造业价值生成的基础和产业跃升的支点,对于一国装备制造业在国际分工中的位置具有“锚定”作用。而电主轴作为数控机床的关键功能部件,其可靠性水平很大程度上影响了数控机床整机的可靠性水平,因此如何评估和提高电主轴的... 详细信息

数控机床是制造业价值生成的基础和产业跃升的支点,对于一国装备制造业在国际分工中的位置具有“锚定”作用。而电主轴作为数控机床的关键功能部件,其可靠性水平很大程度上影响了数控机床整机的可靠性水平,因此如何评估和提高电主轴的可靠性成为相关学者和机床企业的关注的焦点。对于高可靠性、长寿命的电主轴,采用传统的可靠性试验方法难以在工程允许的时间内对其可靠性进行准确的评估。但随着电主轴运行时间的推移,其主要性能指标会逐渐衰退,这种性能退化的累积会逐渐导致其功能退化,最终发生失效。如果应用加速退化试验技术,对电主轴施加高于正常工作应力水平的试验应力,提高电主轴的退化速率,根据退化试验数据对关键性能指标建立加速退化模型,从而折算出正常工作应力下的可靠性水平,可以实现对电主轴可靠性的快速评估。由于工程实际中对试验成本的限制,如何在有限的条件下开展加速退化试验,获得有效的试验数据,实现对产品可靠性的准确评估,是加速退化试验优化设计的研究目标。合理的退化模型假设是保证加速退化试验优化效果的重要前提,但由于产品退化过程的随机性和复杂性,难以准确选择一种最合适的退化模型来描述其退化过程,且不同的模型假设往往对优化结果产生很大影响。因此,开展模型不确定情况下的加速退化试验优化设计研究是十分必要的。此外,电主轴的使用工况复杂,试验要求较多,现有优化方法中采用的单优化目标无法满足其实际工程需求,且不同优化目标下的试验方案优化结果也会不同,甚至相互矛盾,如何在有限的试验周期和试验成本下获得权衡多个优化目标的最优试验方案是亟待解决的问题。本文在国家自然科学基金和国家科技重大专项的支持下,以数控机床电主轴为研究对象,针对步进应力加速退化试验,研究考虑退化模型不确定的加速退化试验优化设计方法、加速退化试验多目标优化设计方法以及基于加速退化试验的电主轴可靠性评估方法,为电主轴可靠性设计提供科学有效的支撑。本文的主要研究内容包括:(1)对电主轴的结构和功能进行分析,在此基础上结合现场试验的故障数据对电主轴进行故障分析,确定能够体现电主轴性能退化的主要特征指标,用于加速退化试验过程中的监测和分析;搭建电主轴可靠性试验装置,并开展电主轴的可靠性摸底试验,根据摸底试验数据对电主轴进行失效机理一致性检验,以确定电主轴加速退化试验允许加载的最高应力水平。(2)提出考虑退化模型不确定性的加速退化试验优化设计方法。首先分别基于维纳过程、伽玛过程和逆高斯过程,建立以最小化正常工作应力下产品平均失效前时间估计值的渐近方差为优化目标的加速退化试验优化模型,通过对优化结果进行比较分析,验证考虑退化模型不确定性的合理性和必要性。随后,提出考虑退化模型不确定性的加速退化试验优化设计方法,基于赤池信息准则确定候选模型权重,采用组合预测方法构建优化目标函数,以试验样本量、各应力水平下测量时间间隔和测量次数为设计变量,在预先设定的试验预算约束下,建立考虑退化模型不确定的加速退化试验优化模型;并提出自适应搜索算法求解优化模型,根据优化目标函数变化程度的反馈动态调整搜索步长,以提高搜索效率并避免陷入局部搜索,保证优化效果。(3)在考虑退化模型不确定性的基础上,提出基于博弈理论的加速退化试验多目标优化设计方法。以试验样本量、各应力水平下退化指标的测量时间间隔和测量次数为设计变量,在预先设定的试验预算约束下,建立以提高产品寿命的预测精度、提高模型参数的估计精度以及提高模型参数偏差的稳健性为优化目标的多目标优化模型。基于博弈理论将多目标优化模型转化为合作博弈问题,采用模糊聚类方法计算各博弈方拥有的策略空间,并基于共谋合作模型构造博弈方得益函数,进而求解多目标优化模型,得到权衡多个优化目标的综合最优试验方案。(4)提出基于蒙特卡洛法的加速退化试验方案模拟评价方法,以正常应力下的产品MTTF估计值的渐近方差、模型参数的Fisher信息矩阵行列式值以及模型参数波动前后渐近方差的相对比率作为评价试验方案优劣的指标,分别利用各评价指标的均值和标准差来检验试验方案的准确性和稳定性。同时,针对小样本情况下加速退化模型参数极大似然估计量有偏的问题,提出了基于模拟试验数据对模型参数估计量进行纠偏的方法,通过偏比系数对模型参数估计量进行修正,从而提高模型参数的估计精度和最终可靠性评估结果的准确性。(5)基于以上研究确定的电主轴加速退化试验最优方案,依托搭建的电主轴可靠性试验装置,对某国产电主轴开展了加速退化试验;并提出了基于加速退化试验的电主轴可靠性评估方法,采用变分模态分解法对试验数据进行降噪预处理,采用极大似然估计方法对维纳过程、伽玛过程、逆高斯过程三个候选模型进行参数估计,最终对退化模型不确定情况下的电主轴进行可靠性评估。此外,设计并开发了电主轴可靠性评估软件,软件集成了试验数据预处理、加速退化模型建立和可靠性评估三个模块,可

关键词：电主轴加速退化试验模型不确定性多目标优化可靠性评估

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直驱电机系统的模型不确定性补偿的滑模控制方法

直驱电机系统的模型不确定性补偿的滑模控制方法

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作者：刘龙姚建勇胡健罗成洋 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫200号

本发明公开了一种直驱电机系统的模型不确定性补偿的滑模控制方法，方法包括：建立直驱电机系统的数学模型；设计模型不确定性干扰观测器；设计基于模型不确定性干扰观测器的滑模控制器。本发明大幅度地削减滑模控制的抖振，同时使得系... 详细信息

标准号: CN105093935A

本发明公开了一种直驱电机系统的模型不确定性补偿的滑模控制方法，方法包括：建立直驱电机系统的数学模型；设计模型不确定性干扰观测器；设计基于模型不确定性干扰观测器的滑模控制器。本发明大幅度地削减滑模控制的抖振，同时使得系统在同时存在模型不确定性时仍获得渐近跟踪的稳态性能，增强了滑模控制方法运用在直驱电机系统中抵抗模型不确定性的能力，并且获得了良好的跟踪性能。

关键词：不确定性滑模控制直驱电机模型不确定性干扰观测器滑模控制器抵抗模型跟踪性能基于模型设计模型数学模型同时存在稳态性能抖振渐近一种补偿削减跟踪设计运用公开增强建立

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网络化切换系统的有限比特量化反馈稳定性研究

网络化切换系统的有限比特量化反馈稳定性研究

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作者：陈瑞中国科学技术大学

学位级别：博士

近些年来,切换系统作为混合系统的一个重要分支,已经成为控制领域的一个研究热点。切换系统因其所具有的动力学参数瞬时跳变等特性,被广泛应用于各类具有跳变特性的控制系统中。在实际工程中,切换系统往往需要借助数字通信网络传输反馈... 详细信息

近些年来,切换系统作为混合系统的一个重要分支,已经成为控制领域的一个研究热点。切换系统因其所具有的动力学参数瞬时跳变等特性,被广泛应用于各类具有跳变特性的控制系统中。在实际工程中,切换系统往往需要借助数字通信网络传输反馈信息。然而由于数字通道的网络带宽的限制,反馈信息只能在离散时刻上传输,且在传输之前需要被量化为有限个比特的数字信号,这会导致现有的基于精确反馈信息的切换系统的结果不能够被直接应用。因此,网络化切换系统的有限比特量化反馈稳定性研究已得到越来越多的关注,是本文研究的主题。此研究的核心问题就是设计编码与控制策略以有限的比特率实现切换系统的稳定。为了节省网络资源,期望稳定切换系统所需的比特率尽可能低。相较于周期采样策略,事件触发采样策略能够更有效地节省网络资源,因此事件触发采样策略的设计亦是本文的一个重点。相比于传统的控制系统,切换系统由于其系统动态特性的瞬时跳变,给事件触发采样策略的设计带来巨大的挑战。本文的主要工作和创新点如下:1)提出了一种编码与周期采样控制策略,使得切换系统可以在有限比特率下实现渐近稳定,同时分析了网络时延对系统稳定性的影响。本文考虑了网络时延、模态切换以及量化误差对系统稳定性的耦合影响,并推导能够确保切换系统稳定所需的平均驻留时间下界以及稳定切换系统的充分比特率条件。另外,定量分析了网络时延对稳定切换系统的充分比特率条件的影响。2)为节省网络资源,提出了一种依赖于系统模态的连续时间事件触发采样策略。在编码器端与控制器端引入了估计模型以实时地估计系统状态。基于系统状态估计与系统真实状态之间的误差,设计了一个连续时间事件触发采样策略。在此事件触发采样策略中,只有当状态估计误差达到某一个预先定义的阈值,系统才会采样并传输反馈信号。此外,通过从事件触发采样时刻中提取额外信息,本文在传统编码策略的基础上提出了一种新的编码策略。相较于传统的编码策略,此种新型编码策略消耗更少的反馈比特。最后,给出了保证相关切换系统稳定的充分比特率条件,并证明了此充分比特率条件要低于现有相关文献中的结果。3)在上述工作的基础上,研究了模型不确定性、网络时延与外部噪声对系统稳定性的影响,并提出了一种依赖于系统模态的周期性事件触发采样策略。通过应用状态可达集估计与更迭方法、并增大状态估计误差的上界,能够有效应对网络时延与模型不确定性对系统稳定性造成的不利影响以及未知的模态切换时刻所造成的编码器端与控制器端的模态不匹配问题。同时,应用了前述工作中所提出的新型编码策略,并定量分析了网络时延与模型不确定性对此新型编码策略所能节省比特数的影响。此外,为节省网络资源与计算资源,本文设计了一个离散时间序列,此序列的间隔不小于网络时延上界,并在此基础上提出了一种周期性事件触发采样策略,系统仅在所设计的离散时刻上检验事件是否发生,从而能够保证控制器在存在网络时延的情况下仍能得知准确的事件触发时刻。最后,给出了确保切换系统输入-状态稳定的充分比特率条件,并定量分析了模型不确定性与网络时延对此条件的影响。4)研究了脉冲对切换系统稳定性的影响。脉冲的频繁发生会对系统稳定性造成不利影响,甚至会使得系统不稳定。与限制切换频率的方法类似,引入脉冲信号的驻留时间与平均驻留时间以限制脉冲发生的频率。此外,考虑了脉冲、切换、网络时延以及外部噪声的耦合影响,并针对采样间隔内既无切换也无脉冲以及采样间隔内存在切换或脉冲两种情况,分别推导了状态估计误差上界。基于这两种情况的状态估计误差上界,提出了一种周期性事件触发策略以节省系统所占用的网络带宽。最后,给出了确保脉冲切换系统输入-状态稳定的充分比特率条件,并证明当网络时延不太大且切换信号与脉冲信号满足某个联合平均驻留时间条件时,本文所提出的策略能够以比现有相关文献更低的比特率实现脉冲切换系统的输入-状态稳定。

关键词：切换系统网络化控制系统有限比特率事件触发网络时延模型不确定性脉冲切换系统

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