平面闭链机构约束不确定性影响及自调结构的分析

论文提出了平面约束不确定性及其对平面闭链机构性能影响的概念,较深入、系统的研究了平面约束不确定性的影响度和考虑运动副元素的形位误差时系统的弹性变形、运动副反力的计算方法与变化规律,为误差控制及消除过约束措施的采取提供了依据.     

全捷联光学导引头视场角及输入约束下制导控制一体化设计

以全捷联光学制导飞行器打击运动目标为背景,本文将捷联解耦原理和状态约束控制方法相结合,提出了一种同时考虑导引头视场角约束和执行机构输入约束的新型制导控制一体化设计方法。首先,建立了具有严格反馈形式的全捷联制导控制一体化模型,针对模型的不确定性设计了一种对未知上界平方估计的自适应律,基于积分型障碍Lyapunov函数结合动态面控制解决了导引头视场角约束的问题,同时采用饱和函数光滑逼近以及Nussbaum增益函数解决了执行机构输入约束的问题。最后,通过Lyapunov理论证明了所设计制导控制一体化方法的一致有界稳定。典型场景的数值仿真结果表明,该方法可以同时满足捷联光学导引头8°,8.5°,9°的视场角约束以及舵执行机构10°的输入约束。     

基于混沌优化的有约束广义预测控制器

针对传统优化算法解决约束广义预测控制的优化问题时存在计算量大、不能找到全局最优解等缺点,该文尝试用混沌优化算法来解决此类问题.提出一种用混沌优化算法作为滚动优化策略的有约束广义预测控制算法(COGPC).该算法可以有效地处理约束并找到全局最优解,是一种新的"软约束"方法.最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

配置设计的分级约束满足问题求解方法研究

从分析配置设计过程中约束对变量的不同作用程度入手,提出将配置求解过程作为分级约束满足问题进行处理,对约束进行分级处理,赋予不同的约束水平,以确定配置求解过程中约束满足的顺序。通过引入"活动变量"和"活动约束",对有向图中结点和弧赋予新的含义,构建了分级约束满足问题网络,采用一致性方法和基于图的传播技术相结合的方法进行网络的一致性检验和约束的传播,并提出了分级约束满足问题网络在求解过程中约束冲突的解决方法,形成了配置设计的分级约束满足问题求解方法,较好地解决了变量受多个不同强度约束条件作用时的合理赋值和约束冲突的问题。并以捆钞机产品配置为例,验证了分级约束满足问题求解方法的可行性。     

基于虚位移分解与伺服轨迹约束的机械系统跟踪控制

建立在Udwadia和Kalaba方程上的伺服约束跟踪控制方法要求系统的初始条件必须与跟踪约束方程相容。针对该问题,利用广义虚位移投影分解方法,将跟踪约束误差转化为广义坐标误差与广义速度误差,通过提出系统跟踪控制总误差的概念,提出一种可以消除该误差的控制力计算方法。该方法可以实现对系统初始误差的补偿。利用该算法对系统初始跟踪误差的可控性,将其与基于Udwadia和Kalaba方程的伺服约束跟踪控制算法结合,实现了不相容初始条件下的约束系统轨迹跟踪控制。以平面2自由度机械手臂为仿真算例,对该控制算法在轨迹跟踪控制中的应用进行仿真研究。仿真结果表明,该方法可以解决机械系统跟踪控制中的初值不相容问题,同时对约束违约进行了抑制,提高了控制精度及稳定性。     

具有模糊约束的广义预测控制

本文研究了预测控制中的模糊决策问题。与传统的误差加权性能指标相比,在预测控制中利用模糊目标和模糊约束具有更大的灵活性,等式约束和不等式约束可以统一为模糊软约束,约束预测控制可以转化为标准的模糊优化问题,用一组不精确的满意优化解取代了传统的唯一最优解,这样,设计者对特定的被控对象有更多的灵活性。仿真结果表明了对控制量或系统输出加入约束时该方法的有效性。     

伺服约束控制中基于广义虚位移分解的约束违约抑制

基于Udwadia和Kalaba方程的伺服约束控制理论可以较好地应用在机械系统的轨迹跟踪控制中。在伺服约束控制中,对约束系统动力学模型的数值积分过程会产生对低阶约束的违约,同时还存在初始值不相容引起的控制偏差甚至系统不稳定问题。利用系统广义质量矩阵的乔利斯基分解,将描述系统的广义虚位移向量经过变换,在约束流形上分解为约束方向与约束允许方向,从而分离出速率约束及坐标约束违约部分,在此基础上推导出修正公式。以二自由度机械臂为仿真对象,在伺服约束轨迹控制中的应用进行了仿真研究。结果表明,基于虚位移分解的方法可以对伺服控制中的约束违约进行抑制,同时也可以解决系统初始条件不相容引起的问题。     

机械系统的反馈约束特性分析

对广泛应用于操作和加工机械控制的伺服驱动系统动力学及控制综合特性进行了分析,提出了反馈约束的概念.结构在受控运动中,约束形式会发生变化,相应的约束方程也随之改变,且约束方程的形式一般为复杂的非线性方程.同时证明了这种动力学意义上的约束概念实际上是由于伺服系统中位置和速度反馈环节的调节作用形成的对结构运动约束的现象.通过分析得出了描述这种约束特性的反馈约束回线.分析表明,这种约束具有间隙型非线性特性.     

基于模型预测控制的阵风减缓技术研究

针对传统控制方法在系统存在约束时性能下降的问题,采用了基于模型预测控制的阵风减缓方法。模型预测控制采用在线滚动优化策略,相比传统控制方法,能够应对由于约束和干扰等导致的系统性能恶化。系统以某大型飞机为例,对飞机进行了考虑阵风效应的动力学方程建模。分别采用模型预测和线性二次高斯控制方法设计阵风减缓控制系统,仿真结果表明,模型预测控制在无约束时性能与传统线性二次高斯控制基本一致;而当系统存在约束时,模型预测控制相比线性二次高斯控制器具有更优的性能。     

可调节多约束Catmull-Clark细分曲面研究

提出了一种顶点和法向约束下的细分曲面构造方法。即在约束点网格基础上,先用带形状因子的Doo-Sabin方法对其细分一次,然后采用Lagrange乘子法优化求解顶点、法向和相似性约束下的最小顶点扰动量,并根据优化结果反复调整顶点位置,最终得到满足插值条件的细分曲面控制网格。该方法无需求解全局方程组,控制网格求解效率高;而求解过程中相似性约束的增加,保证了插值曲面的质量;形状因子的引入,则起到调节位置和法向约束影响范围的作用,从而给设计者提供更多的形状表达自由度。     

桁架结构动力学拓扑优化设计解的存在性探讨

首先证明了桁架结构在拓扑构形不变的情况下 ,优化的关键约束—频率的极值的存在。然后进一步从两个方面给出了桁架结构动力学拓扑优化解存在的基本理论 :无固频约束时 ,设计变量连续且不考虑上限约束 ,则优化问题总是有解 ;考虑固频约束时 ,频率约束是是否有解的关键约束 ,并且改变结构拓扑形状可以改变解的存在性。文中算例说明所提理论是正确、合理和有效的。     

几何约束条件在小波曲线曲面造型技术中的实现

针对目前小波曲线曲面造型技术中几何约束条件难以保证的问题,提出小波信号分离的解决办法,将原始控制点分为与约束相关和不相关两部分分别加以处理,并给出其数学说明。在此基础上对曲线曲面造型技术中常见几种几何约束给出了较为详细的应用分析。从应用实例上看,这种方法取得了良好的效果。     

基于工期约束的动态联盟伙伴选择

具有项目投标价格和完工时间因素的带工期约束的伙伴选择问题是企业动态联盟的基本问题，证明了该问题是NP完全问题。为设计求解该问题的分支定界算法，建立了非线性整数规划模型。证明了模型中目标函数和约束函数的单调性，并利用单调性给出了判断问题无解和问题最优解已知的条件，构造了收缩求解区域的二分法。实验表明，基于这些结果所构造的分支定界算法是有效的。     

一种用于多目标约束优化的改进进化算法

当前求解多目标优化的进化算法主要考虑如何处理相互冲突的多个目标间的优化,很少考虑对约束条件处理的问题.对此,给出了一种基于双群体搜索机制的改进差分进化算法,以求解多目标约束优化问题.采用两个不同种群,分别保存可行个体与不可行个体的双群体约束处理策略,利用基于Pareto的分类排序多目标优化技术,完成对进化个体解的评价.并通过群体混沌初始化、自适应交叉和变异操作来提高基本差分进化算法的性能.对三个经典测试函数的仿真结果表明,文中算法在均匀性、逼近性及收敛速度三方面均优于非支配排序遗传算法,而收敛速度也优于另两种改进进化算法.     

Event-triggered distributed receding horizon control for tracking and formation of homogeneous multi-agent systems

This paper proposes an event-triggered distributed receding horizon control (DRHC) approach for the formation and tracking problems of homogeneous multi-agent systems. For each agent, an event-triggering condition, based on assumed predictive information of the neighbours, is derived from stability analysis. Considering the uncertain deviation between the assumed and true predictive information, we design a time-varying compatibility constraint for the individual optimization problem. In the event-triggered DRHC algorithm, each agent solves the optimization problem and communicates with its neighbours only when the event-triggering condition is satisfied, so the communication and computation burden are reduced. Moreover, guarantees for the recursive feasibility and asymptotic stability of the overall system are proved. A simulation example is provided to illustrate effectiveness of the proposed approach.     

Multi-objective optimization for model predictive control

This paper presents a technique of multi-objective optimization for Model Predictive Control (MPC) where the optimization has three levels of the objective function, in order of priority: handling constraints, maximizing economics, and maintaining control. The greatest weights are assigned dynamically to control or constraint variables that are predicted to be out of their limits. The weights assigned for economics have to out-weigh those assigned for control objectives. Control variables (CV) can be controlled at fixed targets or within one- or two-sided ranges around the targets. Manipulated Variables (MV) can have assigned targets too, which may be predefined values or current actual values. This MV functionality is extremely useful when economic objectives are not defined for some or all the MVs. To achieve this complex operation, handle process outputs predicted to go out of limits, and have a guaranteed solution for any condition, the technique makes use of the priority structure, penalties on slack variables, and redefinition of the constraint and control model. An engineering implementation of this approach is shown in the MPC embedded in an industrial control system. The optimization and control of a distillation column, the standard Shell heavy oil fractionator (HOF) problem, is adequately achieved with this MPC.     

基于性态模型的框架参数优化研究

提出了一种基于多次性态模型的电动三轴运动仿真转台框架结构参数优化设计的研究方法.优化的目标函数为框架转动惯量,约束函数为框架的部分结构参数和最低固有频率.在优化分析过程中采用多次性态模型来代替原有限元软件进行重分析,在保证优化效果的前提下大大提高了优化效率.     

基于刚架模型的多张B样条曲面变形

针对由多张B-spline曲面拼接构成的曲面形状修改问题,提出了一种多张B-spline曲面变形算法。通过将曲面片控制顶点网格进行“合并”来建立多张B-spline曲面的刚架模型;以刚架节点位移为未知量,建立节点载荷最小和节点位移最小的统一优化目标函数;将曲面片之间的光滑拼接条件抽象为节点相对位置约束,结合点约束、点和法矢约束共同组成约束方程组;采用罚函数法求解得到变形后曲面新的控制顶点。变形实例表明该算法是直观有效的。     

起落架支持差动约束技术的研究与应用

在全机静力试验中,试验件支持约束方式决定了整个静力试验结果的质量。针对传统起落架撬杠配重约束存在支反力测量不准确及支反力超过配重质量会导致试验件向上移动等问题,设计采用了起落架支持差动约束方法,限制试验件的垂向位移,从而保证试验安全并提高试验加载精度。     

Attitude maneuver control of flexible spacecraft by observer-based tracking control

A constraint equation-based control law design for large angle attitude maneuvers of flexible spacecraft is addressed in this paper. The tip displacement of the flexible spacecraft model is prescribed in the form of a constraint equation. The controller design is attempted in the way that the constraint equation is satisfied throughout the maneuver. The constraint equation leads to a two-point boundary value problem which needs backward and forward solution techniques to satisfy terminal constraints. An observer-based tracking control law takes the constraint equation as the input to the dynamic observer. The observer state is used in conjunction with the state feedback control law to have the actual system follow the observer dynamics. The observer-based tracking control law eventually turns into a stabilized system with inherent nature of robustness and disturbance rejection in LQR type control laws.