脉冲控制下一类多权重复杂网络的鲁棒H∞同步

基于脉冲控制方法, 对一类多权重复杂网络的鲁棒H_∞同步问题进行了研究, 设计了新颖的分布式脉冲控制器。通过在传统的分布式脉冲控制器中添加节点状态变量与同步状态间的误差状态反馈项, 以保证多权重复杂网络在受到外部干扰影响时实现鲁棒H_∞同步。基于Lyapunov稳定性理论、数学归纳法和其他相关知识, 以线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities, LMIs)的形式给出了网络实现鲁棒H_∞同步的充分条件。最后, 数值仿真验证了结论的有效性。     

周期拒绝服务干扰攻击下信息物理系统的H∞控制

针对恶意拒绝服务（DoS）干扰攻击对信息物理系统（CPS）正常运行的影响,研究DoS干扰攻击下某类CPS的H_∞控制问题. 能量受限的DoS干扰者采用周期型攻击策略攻击CPS中的无线信道,迫使无线信道的通信质量下降;CPS的无线信道存在由固有因素引起的随机数据包丢失,且由于恶意网络攻击具有突发性和隐蔽性的特点,DoS干扰者的攻击策略是未知的. 将恶意DoS干扰攻击和无线信道固有因素对信道通信质量的影响表示为统一形式,并通过建立攻击容忍机制和基于观测器的控制策略,得到保证受攻击CPS在未知攻击者具体攻击策略的情况下能够实现指数均方稳定且满足预期H_∞性能指标的充分条件,将H_∞控制器的设计问题转化为凸优化问题的求解. 利用数值仿真验证所提出控制策略的正确性和有效性.     

V-Gap度量磁悬浮推力轴承系统H∞控制器设计

磁悬浮压缩机变叶尖间隙喘振控制策略的实现,需要推力轴承系统控制转子精确跟踪轴向位置以及应对轴向载荷多变的问题。为保证磁悬浮推力轴承系统鲁棒控制器能够满足一定的位置跟踪和抗干扰性能,对磁悬浮推力轴承系统建模,将V-Gap度量与广义稳定裕度评价结合设计H_∞控制器。介绍了V-Gap度量和广义稳定裕度,对推力轴承系统建模利用V-Gap度量定量分析系统参数不确定性对被控对象的影响程度;在混合灵敏度H_∞控制基础上,提出以广义稳定裕度为稳定性要求的控制器设计方法,并试验验证该方法合理性。研究结果表明:设计后控制器具有更好的鲁棒性及位置跟踪性能。     

基于L2范数最小估计的无人机飞控系统故障检测

为了实现无人机飞行控制系统的快速在线故障检测,提出一种基于L2范数最小估计的无人机非线性飞行控制系统快速故障检测方法。 建立无人机飞行控制系统的非线性故障模型,并将未知输入的L2范数最小估计值作为残差评价函数,对系统故障进行检测。在针对线性离散时变系统故障检测方法研究的基础上,利用Krein空间投影实现残差评价函数的递推计算以减小故障检测计算量。 以无人机升降舵及速率陀螺故障检测为例,对算法进行仿真试验验证。试验结果表明:该方法可以快速有效的实现无人机飞行控制系统故障检测,为无人机的安全飞行提供可靠的保障。     

基于等价空间的无人机飞行控制系统故障检测

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)飞行控制系统的故障检测,对于保障无人机的飞行安全具有重要意义。等价空间方法具有残差与未知初始状态解耦的优势,但随着等价空间阶次的提高,其在线计算量显著增大。针对上述问题,提出一种基于等价空间的无人机非线性飞行控制系统快速故障检测方法。建立无人机飞行控制系统的非线性故障模型,在针对线性离散时变系统的等价空间故障检测方法研究的基础上,利用Krein空间投影来实现残差评价函数的递推计算以减小故障检测计算量。以无人机空速管及升降舵故障检测为例,对算法进行了仿真试验验证。试验结果表明,提出的方法可以实现无人机飞行控制系统的快速故障检测。     

基于新型ESF的一类非线性系统故障滤波方法

针对传统非线性系统故障诊断方法中存在的线性化误差、滤波发散等问题,对一类含有测量噪声及执行器时变故障的非线性系统研究一类新的故障诊断方法。通过将系统的非线性动态及故障扩张为一新的状态,构造一种可用于故障诊断的扩张状态滤波器,并在此基础上推证出增广系统渐进稳定的充分条件,给出具有鲁棒H_∞性能的故障诊断滤波器设计方法,同时借助于原系统中已知的非线性动态,对滤波后的新扩张状态进行故障分离,实现对故障的滤波及诊断。用该方法对具有测量噪声的典型非线性系统Van der pol振荡器,在分别发生恒值和时变故障情形下进行仿真研究。结果表明,所提方法能较好地解决含噪非线性系统的滤波及故障诊断问题。     

一种核磁共振兼容液压驱动穿刺手术机器人的动力学建模及H∞控制方法研究

脑瘤是影响国民健康状况的重大难题。为了确定脑瘤的发展程度,以确定下一步治疗方案,通常需要对脑瘤组织进行穿刺活检手术。由于核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)对软组织有更好的分辨率,常用来检测脑部肿瘤。因此,针对MRI兼容的机器人的相关研究是非常必要的。本文基于一种核磁共振兼容的液压驱动穿刺手术机器人,根据液压连通器的原理,推导了该机器人的运动学模型,并基于流体力学的相关理论,得到了该机器人的动力学模型。为了精确控制所设计的机器人系统,根据H_∞控制理论设计了该液压驱动系统的状态反馈H_∞控制率,使机器人可以快速、稳定地跟踪目标信号。最后,通过实验研究,该机器人系统的综合定位精度为0.56 mm,在x轴、y轴、z轴、俯仰轴和横滚轴上的平均定位精度分别为0.41 mm、0.6 mm、0.67 mm、0.886°和1.17°。研究结果验证了机器人辅助定位穿刺针的性能,所建立的动力学模型和控制方法对穿刺机器人的控制算法研究有一定的参考价值。     

事件触发机制下的多速率多智能体系统非脆弱一致性控制

针对一类多速率多智能体系统,研究在事件触发机制下的非脆弱H_∞一致性控制问题。为了更符合实际需要,采用多速率采样策略,并通过提升技术将多速率采样转化为单速率采样。考虑到智能体间的通信负担,引入事件触发机制来减少智能体间的通信次数。此外,考虑到控制器在执行过程中可能出现的不精确性,本文设计一种可以容忍执行过程中变化/波动的控制器。综上,本文的目的是设计一种基于观测器的事件触发非脆弱控制器来实现多智能体系统的H_∞一致性控制。利用线性矩阵不等式技术,得到使系统满足H_∞一致性控制的充分条件,然后设计控制器参数。最后,为了说明事件触发控制方法的有效性,给出一个数值仿真实例。     

故障信号随机发生的故障依赖检测方法

主要研究一类具有随机故障发生的离散时间系统的故障检测问题, 提出了一种故障依赖方法。首先构建一种数学模型来描述上述问题, 将故障信号的特征转化为含有不确定性的矩阵。通过构造一个故障检测滤波器作为残差发生器, 将故障检测与隔离问题转化为H_∞滤波问题。基于所建立的模型, 通过采用故障依赖的方法对 H_∞性能进行分析, 选用参数依赖的李雅普诺夫函数进行处理。在此基础上, 以线性矩阵不等式的形式给出故障检测滤波器的存在条件。最后通过实例验证理论结果的有效性和实用性。     

量化误差下具有多丢包的信息物理系统H∞滤波

研究一类具有信息传输不完全的信息物理系统H_∞滤波问题,考虑的信息传输不完全现象主要包括通信设备缺陷引起的量化误差和网络固有因素造成的连续随机多数据包丢失。采用Delta算子离散化方法构建信息物理系统状态空间模型和H_∞滤波器模型,通过分析和建模将量化误差和丢包模型与滤波器模型结合得出滤波误差系统。利用Lyapunov稳定性理论和Schur补引理推导出保证系统渐近稳定和H_∞性能的2个定理。基于目标追踪系统进行滤波器的仿真验证,结果表明：当量化器的参数固定时,随着最大丢包数的增加,H_∞性能指标γ逐渐增大,即数据包丢失越严重对系统稳定性造成的影响越大,但所设计的滤波器仍满足稳定性条件。所提滤波方法是有效的。     

通讯时延和外部干扰下多无人机事件触发滑模编队控制

针对多无人机编队系统,采用了内外环控制策略。首先,在考虑通讯时延和有界外部干扰的情况下,针对位置子系统提出了一种基于记忆事件触发机制的滑模控制方法。针对所建立的无人机二阶模型,采用领航?跟随法实现期望飞行编队。其次,为降低编队过程中的通讯负荷,设计了基于输入反馈和跟踪误差的新型自适应记忆事件触发机制,针对由此产生的输入通讯时延和系统所受的外部干扰问题,设计了滑模控制器,保证了控制性能并抑制了通讯时延和有界干扰的影响。再次,应用Lyapunov理论和 H_∞ 控制理论完成了闭环系统稳定性证明,并且给出了便于滑模控制器增益和触发参数求解的策略。从次,基于所获得的虚拟控制量,针对姿态子系统设计了跟踪控制器。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。     

动态核主元分析在无人机故障诊断中的应用

飞行控制系统作为无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)的核心子系统,对其进行故障诊断可以大大提高无人机的安全性和可靠性。在无人机数学模型未知或者不确定的情况下,数据驱动的故障诊断方法比基于模型的方法更实用。考虑无人机飞行控制系统是典型的非线性动态系统,采用一种非线性主元分析方法对其进行故障诊断。利用数据建立无人机飞行控制系统正常状态下的动态核主元模型,通过T²和SPE两种统计量实现故障检测;故障发生后,利用重构贡献图的方法进行故障分离。仿真试验证明,该方法能对典型的无人机执行器和传感器故障进行有效监测和诊断。与动态主元分析相比,动态核主元分析方法对微小故障更为敏感。     

量化及随机丢包情形下NCSs的故障检测

研究了具有量化及随机丢包的网络化控制系统的故障检测问题。通过以观测为基础的故障检测滤波器作为残差产生机制,将故障检测滤波器的设计问题转化为H∞模型匹配的问题,同时将量化引入的误差转化成模型不确定性问题。利用李亚普诺夫函数方法,可得到观测误差系统的指数均方稳定性及相对残差的H∞扰动水平,通过解线性矩阵不等式可以得到相应问题的解。仿真结果显示了所提出方法的有效性。     

响应和滤波器偏差感知约束的无人机目标跟踪算法

针对无人机视觉跟踪任务中目标外观变化大、视野角度多变问题,提出基于响应和滤波器偏差感知约束的无人机实时目标跟踪算法. 该算法根据视频帧间响应差和滤波器变化的一致性,通过建模前后帧响应差和滤波器的变化,建立基于响应偏差感知和帧间滤波器偏差约束机制的目标函数,学习目标的外观变化和滤波器的帧间变化. 引入辅助变量构建优化函数,采用交替方向乘子法（ADMM）将计算目标问题转化为求相关滤波器和辅助变量的最优解. 采用跟踪准确度和成功率指标,将所提算法与其他9种算法在DTB70、UAV123@10 fps和UAVDT等3个无人机视频数据库上进行对比实验. 实验结果表明,所提算法对遮挡、形变、角度变化等干扰属性均具有良好的鲁棒性,跟踪平均速度达到39.0帧/s,能够有效跟踪无人机目标.     

离散切换系统的H_/H∞故障检测滤波器设计

为解决离散时间线性切换系统的故障检测问题,设计了满足混合H_-/H_∞性能指标的鲁棒故障检测滤波器.首先,通过构造故障检测滤波器来得到残差,并且为提高故障检测的性能,使用加权H_∞性能指标和H_-性能指标表示残差对于扰动的鲁棒性以及对于故障的敏感性,进而将鲁棒故障检测滤波器的设计问题转化为混合H_-/H_∞性能指标下的多目标求解问题.接着,利用多Lyapunov函数方法和平均驻留时间技术,先得到了初步的滤波器设计结果,然后通过引入松弛变量的方法解除了Lyapunov矩阵和系统矩阵的耦合,得到了保守性较低的结果,并将其表示为线性矩阵不等式形式.最后,使用一个例子进行仿真,为其设计了故障检测滤波器的参数矩阵,并得到了残差评价函数的仿真图形.仿真结果表明,所设计的故障检测滤波器可以实现故障检测的功能.     

执行器跳变故障的失效卫星轨迹跟踪控制

研究了执行器跳变故障的失效卫星轨迹跟踪控制问题,提出了具有跳变控制输入的模型参考跟踪控制器设计方法。结合随机稳定和模型参考跟踪定义,给出了失效卫星轨迹跟踪控制的问题描述。同时考虑系统存在扰动以及推力受限情形,利用线性矩阵不等式方法和非齐次广义Sylvester矩阵方程的参数化解方法,分别设计了对干扰具有抑制效果的鲁棒H_∞状态反馈控制律和完全参数化形式的前馈补偿器。将所提出的方法应用于卫星在轨交会控制系统的控制器设计,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于改进旋转因子的高性能FFT硬件设计

针对FFT硬件实现中旋转因子模块占用资源较多的问题,设计高性能单路延时反馈结构的基2²快速傅里叶变换. 采用CORDIC与MCM混合的方法设计旋转因子模块,实现了无需常规乘法器的FFT架构,不必占用DSP48E资源. 对于旋转角度数量较少的W₁₆旋转因子模块,采用基于三输入加法器的MCM方法设计,将加法器数量降到最低. 对于旋转角度数量较多的W₆₄、W₂₅₆和W_{1 024}模块,采用CORDIC方法设计. 依据旋转角度的数学规律,设计旋转角度实时生成模块,与传统的CORDIC方法相比,不需要占用ROM资源,避免了复杂的寻址逻辑和时序控制. 与其他构架相比,设计的16 bit 64点快速傅里叶变换在Xilinx Virtex-7上将单位slice吞吐率提高了35.20%,256点FFT在Virtex-5上提高了30.37%,1 024点FFT在Virtex-7上提高了25.38%.     

时滞离散LPV系统的鲁棒故障检测与分离

研究了一类具有时变时滞的离散线性参数变化系统的故障检测与分离问题,基于依赖于时变参数的滤波器构造残差产生系统,利用H∞控制理论将故障检测滤波器的设计归结为H∞滤波问题.所设计的滤波器能保证残差信号和故障信号之间的误差最小,且残差信号对控制输入、外界扰动信号具有鲁棒性.应用线性矩阵不等式技术得到了此类系统鲁棒故障检测滤波器存在的充分条件.数值仿真表明所提方法是可行的.     

《红楼梦》抄本颜色词异文的版本研究价值

研究未知执行器偏移和部分失效故障的随机多智能体系统的容错控制方法。首先,在有向拓扑结构下,针对具有多重故障的随机多智能体系统,设计了一种满足混合无源/H_∞性能指标的故障估计器;然后,充分考虑控制系统和估计系统之间的耦合关系及相互影响,运用Lyapunov函数、线性矩阵不等式、舒尔补引理等方法,提出一种故障下的容错控制器设计方法,实现了随机多智能体系统的混合无源/H_∞容错一致性;最后,通过数值仿真验证了故障估计与容错控制方法的有效性。     

网络控制系统故障诊断滤波器设计的LMI方法

研究了具有不确定时延的网络控制系统的故障诊断问题.提出了一种新的性能指数,在此基础上将具有不确定时延和范数有界未知输入影响的网络控制系统的基于观测器的故障诊断滤波器设计问题归结为H∞滤波问题,并通过选择适当的加权矩阵和观测器增益矩阵,求解H∞滤波问题的最优解,即该解能最大化残差对于故障信号的灵敏度且能够确保对于未知输入和不确定时延鲁棒性.应用线性矩阵不等式技术,给出并证明了该解存在条件和求解方法.最后通过简例说明了该方法的有效性.