翟海峰[1]2001年在《混杂系统分析与控制设计研究》文中认为随着信息处理技术、计算机技术、机器人技术等的完善和广泛应用，在通信、制造、交通管理。军事指挥等领域内相继出现了一批反映技术发展方向的人造系统，其推动了离散事件动态系统（DEDS）理论的形成和发展，这一理论反映了各种人造系统运行的内部规律。随着研究的深入，人们开始认识到一种由离散事件与连续系统交互作用的一类混杂系统问题的重要性和挑战性。与常规的连续变量控制系统（CVCS）以及离散事件动态系统（DEDS）相比较，在混杂系统中既包含了符合牛顿力学因果律的连续变量动态系统，又包含了遵从优化决策信息逻辑原则的离散事件动态系统，而且两者处在一种强相互作用的制约机制中。在通常情况下，混杂控制系统的连续部分的动态行为可由微分（差分）方程来描述，然而对于离散事件动态系统，则需要运用适合于描述逻辑层次的Petri网模型、自动机模型以及描述时间层次的极大极小代数模型。本文则主要利用自动机模型来研究混杂系统的分析与控制设计问题。 本论文研究的内容主要侧重在混杂系统的分析与设计两个部分。对于混杂系统分析主要研究了混杂系统的季诺问题、稳定性问题和混杂系统的故障诊断问题；对于混杂系统的控制设计，研究的方法主要包括利用对策论与μ演算相结合的方法研究了混杂系统的控制设计问题，利用季诺可达性指标研究混杂系统控制设计问题，采用一种混合动态规划研究混杂系统最优控制问题等。本论文所作的主要工作包括以下几部分内容。 1）提出了一种改进的混杂对策自动机模型。针对μ演算具有将系统特性 描述为状态空间上不动点单调算子的能力，以及对策论方法具有能够 刻划控制器与外界干扰对混杂系统产生不同作用的能力，将对策论方 法与μ演算相结合，利用两者长处进一步研究混杂系统的控制设计问 题，提出了一种基于μ演算的对策控制器设计策略。11 浙江大学博土学位论文 2）在季诺混杂系统的特性分析和控制设计的己有结果的基础上，进一步 分析了混杂系统的可达性问题，并给出了季诺可达等一些新的概念， 以及季诺可达的一些基本性质。同时分析己有季诺混杂系统综合方法 的不足之处，并提出了一种基于季诺可达性指标的混杂系统控制综合 方法。 3）对于连续模态驻留的时延是确定性的混杂系统最优控制问题，首先给 出这类混杂系统的模型；采用一种新的方法，即混合动态规划方法来 研究混杂系统的最优控制，并提出了两种实现策略。然后，利用 Lyapunov方法证明了采用这种控制策略时混杂系统的稳定性。 4）针对由离散事件监控连续动态系统的这一类混杂系统稳定性问题，首 先分析了多Lyapunov函数方法己有结果的不足，用一个算例来说明 切换超平面成为滑动模时，基于多Q叩unov函数方法，并不能证明混 杂系统的稳定性。基于FilipOV理论，研究得到了能活稳定性结果，并 利用这一结果进一步研究了混杂系统的连续动态子系统为线性时不变 系统的二次镇定问题。 5）采用赋时DES方法对混杂系统进行建模；对于为了解决由于事件的时 间特性造成的赋时系统监控和诊断设计中的模型复杂性问题，提出了 一种赋时DES的组合建模方法。基于该组合模型，给出了主动诊断问 题的求解算法。
刘曰锋[2]2007年在《一类混杂动态系统分析与控制》文中指出混杂系统是由离散事件动态系统与连续变量动态系统相互混合、相互作用而形成的动态系统。混杂系统理论是控制科学、计算机科学、系统学和数学等多学科相互结合的产物,是传统控制理论进一步发展的必然要求。随着科学技术的发展,人们着眼的系统变得越来越复杂,许多系统包含了两种在本质上完全不同的变量。许多实际的系统,如嵌入式系统、通讯网络、电力系统、化工过程系统、交通系统、机器人等,均可由混杂系统来描述。总之,混杂系统研究在理论和应用两个方面都具有重要意义。本文主要针对一类混杂系统进行控制理论和控制方法的分析和研究。在综合、分析混杂系统现有的控制理论和控制方法的基础上,用李雅普诺夫稳定性理论对系统的稳定性作进一步的分析、比较,并深入研究了状态反馈控制策略在混杂系统控制中的应用。具体来说,本文的贡献主要在以下几个部分:●混杂系统结构分析。从基本组织结构入手,深入分析了混杂系统的概念、性质及特性。按离散事件和连续变量相互作用的类型,对混杂系统进行了分类。采用混杂自动机作为混杂系统的模型,对混杂系统做了分析。●基于李雅普诺夫函数法的混杂系统稳定性分析。分别利用单李雅普诺夫函数法和多李雅普诺夫函数法给出了混杂系统稳定的条件,这些条件可表示为线性矩阵不等式(LMI)形式,并给出了基于线性矩阵不等式(LMI)算法确定稳定边界的方法。●混杂混沌系统的状态反馈控制。由单纯的连续混沌系统分析入手,提出了基于状态反馈控制的连续混沌系统的李雅普诺夫指数配置控制方法。在此基础上,将该控制策略推广到混杂混沌控制系统中,并进一步推导了混杂混沌系统控制器的设计方法。通过对一类混杂混沌系统的控制研究表明,该控制方法是有效的。
李玉森[3]2008年在《煤矿智能电子保护插件测试系统及其建模的研究》文中进行了进一步梳理随着煤矿安全生产标准化和电气自动化的进一步发展与提高,煤矿井下电气设备使用了越来越多的电子保护插件,但是现存的电子保护插件测试设备,功能单一,其程序既繁琐又不太准确,因此,研制一种通用的煤矿电子保护插件测试系统有着迫切的社会需要和可观的经济效益。在电子保护插件的测试系统设计过程中,存在着大量的离散事件和连续事件,这个过程具有典型的混杂特性,难以得出具体的数学模型。混杂Petri网是离散事件系统和连续时间系统在同一层次的直接交互,作为一种“数形”结合的建模工具尤其适用于具有混杂特性的系统建模。因此,本文应用混杂Petri网的理论,分别对测试系统关键元件及其测试过程进行了建模分析,同时扩展了混杂Petri网在煤矿电子保护插件测试系统设计中的应用。本文的主要工作有以下几个方面:(1)针对目前煤矿电子保护插件测试设备的现状,设计了适用于矿用电子保护插件检测的煤矿智能电子保护插件测试系统的硬件部分;(2)结合国内外混杂系统理论的研究成果,对测试过程的混杂特性进行了分析,并探讨了混杂Petri网在混杂系统建模领域中所具有的特殊优势;(3)详细地介绍了混杂Petri网的相关知识,结合对测试过程的混杂特性分析,构建了测试系统各个测试模块的混杂Petri网模型;然后利用Stateflow生成的监控逻辑直接嵌入到Simulink模型的方法,对测试模块的混杂Petri网模型进行了阐述,非常有效地对混杂Petri网进行仿真与分析。仿真结果表明,所建立的混杂Petri网模型能够非常准确的描述整个测试过程的动态变化;(4)引入了混杂Petri网模型与软件设计交互思维编制程序的方法,详细地设计了煤矿智能电子保护插件测试系统的软件部分。
汪少华[4]2013年在《半主动空气悬架混杂系统的多模式切换控制研究》文中进行了进一步梳理与传统悬架相比,半主动空气悬架能够实现车身高度的主动控制和阻尼的自适应调节,对于改善车辆在行驶过程中的乘坐舒适性、行驶安全性以及燃油经济性有着重要作用,已成为汽车工程界的研究热点。随着空气弹簧和可调阻尼减振器研究的日益成熟,控制系统的设计已经成为实现半主动空气悬架控制功能要求、提高半主动空气悬架自适应能力的瓶颈和关键。本文以变阻尼与变车身高度集成的某空气悬架轿车为研究对象,通过分析系统的工作原理和运行状态,将非线性的半主动空气悬架综合为包含悬架系统自身物理特性所约束的连续动态过程行为和多工况使能／失能切换输入、多工况控制输出等离散动态行为的集合。根据这两类不同性质行为之间的相互混合和相互影响,本文的主要内容将围绕半主动空气悬架控制策略的设计、半主动空气悬架混杂系统动态行为分析及其控制等工作进一步展开。构建半主动空气悬架混杂系统。分析了半主动空气悬架的控制模式和性能特点,进行了半主动空气悬架混杂特性的解析和研究,将半主动空气悬架的阻尼控制过程描述为一类混杂系统,引入混杂系统理论,构建了半主动空气悬架混杂系统功能模型结构和实现模型结构,为半主动空气悬架混杂系统的控制奠定基础。确定半主动空气悬架的控制模式与切换参数。根据半主动空气悬架混杂系统的控制特点,对其进行了多模式切换控制研究。将车身高度分为“高位、中位和低位”叁种控制模式,并根据车辆的行驶路面与车速变化确定各个模式之间的切换参数。考虑车身高度控制与阻尼自适应调节之间的耦合关系,提出以车身高度切换优先为原则,将车身高度控制与阻尼控制解耦,并采用模糊控制算法实现叁种车身高度间的稳定性调节。针对转向工况下不进行车身高度调节的特点,增加了转向工况控制模式。设计半主动空气悬架混杂系统局部控制器。根据悬架的偏频特性确定空气弹簧的可调高度,并在此基础上建立包含空气弹簧非线性的半主动空气悬架整车动力学模型,针对直线行驶工况下不同车身高度所反映的阻尼控制目标不同,分别设计了相应的阻尼力模糊PID控制算法,同时进行了转向工况下的基于模糊神经网络的阻尼力控制研究,对局部控制器的性能进行仿真分析,验证了控制算法的有效性。提出了半主动空气悬架混杂系统切换监督控制方法。建立了半主动空气悬架多工况性能评价指标体系,分析了系统无监督切换控制性能。针对系统在切换过程由于局部控制器输出跃变引起的失稳和振荡,基于模糊理论设计了混杂系统切换过程监督控制器,通过对局部控制器的输出进行加权和得到系统的最终控制输入,从而实现半主动空气悬架混杂系统的平滑切换,通过仿真验证了所设计的监督器的有效性。开发了基于MC9S08单片机的半主动空气悬架混杂系统多模式切换控制器,并进行了控制系统的软硬件设计。针对车辆的行驶平顺性和操纵稳定性分别进行了局部工况的实车道路性能验证,对试验结果进行了分析研究。研究结果表明,通过建立半主动空气悬架混杂系统,并对其进行多模式切换监督控制,既满足了悬架在不同行驶工况下的控制要求,同时改善了系统在控制模式切换过程中的振荡和冲击,悬架性能指标在模式切换过程中的超调幅度最高可降低19.4%。在局部工况随机路面试验中,半主动空气悬架混杂系统控制可使车辆的行驶平顺性平均提高11.15%;在蛇形试验中,车辆的车身侧倾角均值平均降低了6.18%、横摆角速度均值平均降低了7.24%、侧向加速度均值平均降低了5.43%,车辆的操纵稳定性达到并超越了原车的控制水平。
白雪[5]2008年在《混杂系统的模型转换与可达性分析》文中研究说明混杂系统是指在同一系统中同时包含连续动态与离散动态,以及两者之间相互影响,相互作用的一类复杂系统。混杂系统理论的研究主要解决其建模、分析以及综合的理论与方法问题。本文在前人研究工作的基础上,对于混杂系统的理论与应用做了进一步的研究和探索。研究的内容主要侧重在混杂系统的模型与分析两个部分。对于混杂系统的模型主要研究了混杂系统的几种典型的模型以及其相互间的转换;对于混杂系统的分析,研究的内容主要包括对混杂系统的稳定性分析和可达性分析。论文的主要工作包括以下的几部分内容:(1)混杂系统的几种模型。主要介绍了几种混杂系统的模型,分析了其结构和相互之间的转换,对其相互的转换进行了实例研究。(2)混杂系统的稳定性分析。主要研究了混杂系统的稳定性问题,介绍了几种混杂系统稳定性的条件,提出了其全局和局部条件,研究了连续分段仿射系统的稳定性条件,并进行了实例研究。(3)混杂系统的可达性分析。主要研究了时间自动机的可达性分析,并将其扩展到混杂系统上,利用矩形自动机的可达性分析方法,对切换系统进行了可达性分析的研究。
孙宇博[6]2012年在《基于混合Petri网的矿井生产主物流系统建模与仿真》文中研究指明煤炭在我国一次能源消费结构中的地位决定了煤炭工业的发展在国民经济建设中具有举足轻重的作用。目前我国煤炭企业的物流成本高,效率低,安全可靠性差。而煤炭生产物流是煤炭企业物流的重要组成部分,是矿井生产的大动脉,煤炭生产物流在很大程度上决定了煤炭成本、产量以及生产效率。其中主物流是从井下采煤工作面至地面的整个过程的煤流,其物流量大,安全要求高,是煤炭生产物流的核心和关键,并且具有相对独立的运输和贮存系统,在矿井生产物流管理活动中具有极为重要的地位。因此,应用现代物流管理理论与计算机模拟技术,研究矿井生产主物流系统的动态行为,辨识系统中的瓶颈环节,规划或优化矿井生产主物流系统,对降低矿井生产成本、提高矿井生产能力和生产效率、保障矿井安全生产,提升企业综合竞争力有着极其重要的实际意义。根据矿井生产系统分析,界定了矿井生产物流系统的内涵,将矿井生产物流系统分为主物流系统和辅助物流系统,提出了矿井生产主物流是将井下开采出的煤炭从工作面经采区、大巷等运至地面煤仓的过程,主物流系统由工作面生产系统、采区运输系统、大巷运输系统及主井运输系统和井下煤仓等构成。根据煤矿生产工作方式和环境条件得出了矿井生产主物流系统是一个混杂的物流系统,其混杂性主要表现在：物流设施设备的多样性与混杂性、物流过程混杂性、物流系统环节结构的混杂性、物流系统空间的混杂性、物流作业的混杂性。根据分层递阶建模思想和矿井生产主物流系统网络构成,按照混杂递阶型结构把矿井生产主物流系统分为整体结构层、功能层、过程层和设备层。根据矿井生产主物流系统连续动态行为和离散动态行为方式及系统作业流程,提出了矿井生产主物流系统层次结构模型及其混合Petri网表示方法。根据矿井生产主物流系统的组成及结构关系,将矿井生产主物流系统划分为工作面生产系统、井下煤仓贮运系统、间断性运输系统和连续性运输系统四大功能模块,并由此构建了矿井生产主物流系统流程全结构HPN模型。矿井生产主物流流程全结构HPN模型由工作面生产过程HPN模型、连续运输系统HPN模型、采区轨道运输系统HPN模型、箕斗提升系统HPN模型和井下煤仓贮运系统的HPN模型构成。工作面生产过程HPN模型包括无故障状态综采面主物流HPN模型和综采面随机状态HPN模型；连续运输系统HPN模型包括单台输送机输送煤流的HPN模型、多机串联的连续运输系统HPN模型、多支汇流的连续运输系统HPN模型；采区轨道运输系统HPN模型包括单采区轨道运输系统HPN模型、基于多采区轨道资源竞争关系与派车原则的多采区服务的矿车轨道运输系统模型；井下煤仓贮运系统的HPN模型包括“连续运输+煤仓+连续运输”、“连续运输+煤仓+间断运输”、“间断运输+煤仓+连续运输”、“间断运输+煤仓+间断运输”四种煤仓贮运系统的混合Petri网模型。提出了矿井生产主物流系统环节内部结构和系统环节间安全高效运行机制。根据无故障状态综采面生产过程HPN模型得出单位时间内产生的煤流q(t)是一个连续与间断交替分布、兼有离散一连续的变化；根据综采面随机工作状态HPN模型得出了生产系统状态转变过程及系统有效度、稳态故障率；根据单台输送机运输系统HPN模型得出了单台运输系统的有效度及运输能力,根据多机串联运输系统HPN模型得出了串联运输系统的日产能力Q=g低Ast,根据多支汇流的连续运输系统HPN模型,得出了煤流关系第i段的进煤量等于两支流的煤流量之和,即qi(t+1)=gi-1(t)+q(t)；根据单采区轨道运输系统HPN模型、多采区服务的轨道运输系统HPN模型和箕斗提升系统HPN模型,得出了矿车调度与箕斗提升过程中系统变量的使能激发规则；根据井下煤仓贮运系统HPN模型,得出了煤仓与仓前、仓后运输系统的关联关系及煤仓煤量动态变化过程。结合平煤十矿矿井生产主物流系统实例进行了HPN模型仿真应用,辨识了其瓶颈环节为戊组东翼采区大巷运输系统、戊组煤主井井底煤仓缓冲运输系统、己组煤大斜井胶带运输系统。针对瓶颈环节提出了针对性的解决措施,对改善系统效果进行了仿真分析,结果表明：井下大巷运输系统环节简化,井下主物流系统运输能力由270万t／a提升到310万t／a,系统环节匹配更加合理,煤仓空仓率和满仓率进一步降低,胶带利用率进一步均衡,主井提运效率得到提升。通过矿井生产主物流系统建模与仿真研究,模拟矿井生产主物流的动态行为过程与安全高效运行机制,找出矿井生产主物流系统中的瓶颈环节,优化矿井生产主物流系统,提高矿井生产能力和生产效率,降低矿井生产物流成本、保障矿井安全生产,为煤矿生产提供了重要的理论指导和实践参考。
方欢[7]2013年在《Petri网的优化协调控制理论及其应用研究》文中指出Petri网作为一种形式建模和系统分析工具，既有直观的图形表示，又可以引入许多数学方法对其性质进行分析，被广泛应用于离散事件系统，如柔性生产制造、交通运输控制、计算机网络等系统中，取得了很好的效果。然而，Petri网在系统性能建模、优化协调等方面的理论还不太成熟，限制了它在事件驱动型调度系统更深、更广层次的应用。本文针对Petri网的优化协调控制理论及其在矿井机车调度系统中的应用进行研究，主要研究工作摘要如下：（1）阐释了基于经典排队论和随机Petri网的性能评价方法的局限性，提出基于层次颜色Petri网仿真的性能评价方法，给出经典排队系统向层次颜色Petri模型转换的步骤和规则。通过CPN Tools的Data Collector工具采集系统仿真时的动态模拟数据，并在此基础上形式化定义一些主要性能指标的数值解计算公式，利用一些经典的排队系统和休假排队系统案例进行案例分析，仿真结果表明了所提出的性能评价方法是有效的和准确的。（2）根据资源分配Petri网系统的RT-回路理论，分析系统运行中死锁与潜在死锁的行为特点，研究在两类相关资源约束下的无死锁调度条件，提出被控系统满足无死锁调度的充分条件和充要条件，并进行形式化的证明。另外，在无死锁调度的基础上，提出系统无死锁标识的最大设置边界集求解算法，并证明了调度策略在最大标识边界设置下的无死锁性。进一步，设计遗传优化算法，给出具体的编码方案和算法步骤。最后，以叁种调度策略下的矿井机车调度系统为例，研究其无死锁优化调度方案，并进行算法仿真，实验结果表明基于Petri网的无死锁优化调度方法是实际可行的。（3）通过拓展变迁（组）公平性定义，对混杂Petri网系统中变迁（变迁组）之间公平关系和同步距离的概念进行定义；利用修剪的IB演化图，给出了混杂Petri网中同步距离的计算算法，证明了变迁公平关系判定的充要条件，同时证明了变迁公平关系、同步距离和修剪的IB演化图之间的联系。针对事件驱动型调度系统中不同对象和行为之间协调控制问题，提出基于同步距离的同步协调控制器设计步骤，并进行举例说明。（4）针对已有的部分可观系统中故障诊断算法的不足，考虑满足故障诊断条件且仅有部分库所可见的系统设计问题，提出故障定位表和监控库所集的确定算法FLT&MPD，并证明该算法解的存在性条件和正确性，同时指出该算法是多项式复杂度的。进而，给出系统运行状态判别的诊断算法SOSD，通过算法SOSD可以对系统状态进行诊断，若有故障发生则可以准确定位发生的故障类型。给出一个复杂的柔性生产系统的部分可观系统设计，以及相关的故障诊断条件，结果表明了提出的部分可观系统设计方法拓展了已有研究结论。（5）将研究的Petri网优化控制协调理论应用于矿井机车调度系统，着重分析了系统的层次颜色Petri网性能建模方法，并通过仿真实验说明了该性能评价模型的有效性；根据基于同步距离的同步协调控制方法设计步骤，给出事件驱动型调度系统中同步协调控制器的定义，并以矿井机车调度系统为例，设计了两类同步协调控制器，实现了机车调度系统中机车运输行为与开采行为的协调，以及保证各类机车发车次数公平性的协调控制；针对矿井机车调度系统中两类典型的故障，通过层次颜色Petri网建立形式化的故障检测与诊断模型，利用在线无二义性的故障诊断算法，给出各种故障进行无二义性诊断的判别条件，从而保障了机车调度系统运行的安全性和可靠性。
向伟铭[8]2014年在《基于切换系统理论的混杂交通系统特性分析》文中研究说明基于数学模型的交通运输系统的预测、分析与控制一直以来都是交通运输领域研究的主要方法和关注的热点。交通系统在不同程度上都体现出“混杂”的特性,是一类典型的混杂动态系统。目前研究表明,混杂系统理论是研究交通系统性质和运动规律的有效工具,但是主要的成果还集中在如混杂Petri网、混杂自动机等以离散事件为基础的模型上,而对连续变量的运动规律以及相关的系统性质的研究和认识还较少。切换系统模型适宜于研究混杂交通系统的连续变量运动规律,但是在交通系统中的应用却很少,其主要原因是现有常用的各种切换系统的Lyapunov研究方法并不适用于混杂交通系统,这也是目前切换系统理论在混杂交通系统中应用的“瓶颈”所在。本文针对目前切换系统理论在混杂交通系统中应用存在的问题,创造性地提出了驻留时间依赖Lyapunov函数方法,并在此基础上分析研究了混杂交通系统的稳定性、耗散性以及有界性等系统的基本性质,并应用到了典型的混杂交通系统的分析与设计中。具体来讲,本文的研究工作主要有以下几个方面：(1)将一类常见的Multi-phase交通控制系统建模为时间依赖切换系统模型,并分别提出连续时间与离散时间情形下的驻留时间依赖Lyapunov函数方法。详细讨论了所有Phase均稳定,稳定与不稳定Phase均存在,及所有Phase均不稳定叁种情况下的稳定性分析问题,得出了叁种情况下系统渐近稳定的充分条件。特别值得指出的是,驻留时间依赖Lyapunov函数方法能够有效地处理所有Phase均不稳定这一Multi-phase交通系统特有的情况,解决了传统Lyapunov函数方法在混杂交通系统应用中的“瓶颈”问题。最后通过在环岛交通控制系统与过饱和交叉口控制系统的应用,验证了本文方法的有效性。(2).运用驻留时间依赖Lyapunov函数方法,进一步研究了连续时间与离散时间Multi-phase交通系统的耗散性。给出了非线性切换系统一个形式简洁的耗散性充分条件,并将其应用到了分析Multi-phase交通系统的(Q,S,R)耗散性中,得出了所有Phase都稳定情形下系统(Q,S,R)耗散的充分条件。而后特别研究了所有Phase都不稳定情形,考虑了L2稳定性(l2稳定性)分析问题。值得指出的是,对于切换系统,即使所有子系统都是稳定的,其L2稳定性(l2稳定性)分析仍然是一个尚未完全解决的问题。本文提出的驻留时间依赖Lyapunov函数方法为该难题提供了一种简单易行的解决的方案,定量地给出了驻留时间与L2增益(l2增益)之间的关系,并且应用到了Multi-phase交通系统耗散性分析问题中。(3)研究了含不确定性的混杂交通系统的稳定性与耗散性分析问题。由于实际的交通系统在建模的过程中不可避免的存在不确定性,因此有必要将驻留时间依赖Lyapunov函数法推广到含不确定性的混杂交通控制系统中。分别得到了连续时间与离散时间不确定Multi-phase交通控制系统L2稳定(l2稳定)的充分条件以及渐近稳定的推论。另外,对于一类含有多胞不确定性的系统,发展出了参数及驻留时间依赖Lyapunov函数方法,用于降低结论的保守性,并给出了参数依赖状态反馈控制器的设计方法,应用到了交通流不确定情况下的过饱和信号交叉口控制中。(4)研究了混杂交通系统的有界性问题。基于有限时间稳定性与有限时间有界概念,研究了连续时间与离散时间Multi-phase交通系统的状态有界性问题。基于驻留时间依赖Lyapunov函数方法,给出了系统有限时间有界的充分条件,以及得出了保证系统有限时间稳定的推论,并且能够通过求解一组优化问题估计Multi-phase交通控制系统状态最小边界。而后还特别考虑状态依赖混杂交通控制系统的有限时间有界性分析问题,利用多Lyapunov函数方法得到了保证此类系统有限时间有界的充分条件,并进一步考虑了有限时间H∞性能分析问题。基于所得的分析结论,还研究了有限时间有界反馈控制器的设计问题。最后,将有界性分析结论分别应用到了环岛交通控制系统、过饱和交叉口控制系统与匝道信号控制系统中。
朱礼营[9]2007年在《切换混杂Hamilton系统的分析、综合及其应用》文中研究说明切换系统现已成为国际控制界研究最热门的领域之一，对于切换线性系统已取得了许多丰富结果，而对于切换非线性系统，所得结果相对较少，切换混杂Hamilton系统是一类非常重要的混杂系统，由于该类系统主要来源于大量的实际复杂物理系统，如电力、电子、机械等实际控制系统，所以对其研究既有重要理论价值，又有广阔应用前景，如电力系统紧急控制等，由于很少有学者对切换线性Hamilton系统进行研究，对于切换非线性Hamilton系统的研究更是无人涉及，所以本论文所得到的关于切换混杂非线性Hamilton系统的所有结果，都是不同于现有切换系统的新结果。本论文主要研究了切换混杂非线性Hamilton系统稳定分析及控制设计问题，即依次研究了有限个子模型、无穷个子模型以及多平衡点叁种情形的切换混杂Hamilton系统，分别得到了这叁类系统在(任意)切换路径下的稳定及渐近稳定的若干充分条件。在此基础上，设计了相应的镇定控制器、L_2-干扰抑制控制器以及H_∞鲁棒自适应分散控制器。然后，通过非线性系统的Hamilton实现，将所得到的切换混杂Hamilton系统的稳定、渐近稳定以及控制设计结果，应用于一般切换混杂系统，得到了系统稳定及控制设计的若干结果。最后，基于电力系统紧急控制背景，建立了一个电力系统切换模型，并运用所得到的切换Hamilton系统的相关研究结果，对所建立的电力切换系统进行了研究，得到了系统稳定分析结果。全文共分8章。第一章首先介绍了切换系统和广义Hamilton系统的研究现状，然后介绍了本文所研究的切换Hamilton系统的目的及意义。第二章分别运用几种不同方法，由浅入深地研究了有限个子模型的切换耗散Hamilton系统的稳定性问题，得到了系统稳定及渐近稳定的若干新的充分条件，并将所得新结果应用于一般有限个子模型的切换系统，得到了该类系统的稳定及渐近稳定结果。具体内容如下：1．针对有限个子模型的切换耗散Hamilton系统，提出了一个比较直观的假设1，即所有子系统的Hamilton函数值都随着状态P-范数的增减而增减。在假设1下，研究了系统在任意切换路径下的稳定性，并得到了几个系统稳定及渐近稳定定理；2．首先提出了比假设1更为一般的假设2，即所有子系统的Hamilton函数都具有相同的变化趋势—同时增或同时减，验证了假设2满足多重Lyapunov函数条件，得到了系统稳定结果．然后，提出了一种切换系统渐近稳定分析的新方法—最大最小能量法，该方法弥补了多重Lyapunov函数法的不足。最后，充分利用最大最小能量法和切换Hamilton系统的结构特性，研究并得到了切换Hamilton系统在任意切换路径下渐近稳定的若干充分条件；3．首先研究了切换Hamilton系统的零状态可检测／可观测性，得到了系统一致零状态可检测／可观测的若干新判据。然后，根据系统零状态可检测／可观测性，得到了切换Hamilton系统扩展的LaSalle不变原理。最后，运用切换Hamilton系统的零状态可检测／可观测性以及扩展的LaSalle不变原理，研究并得到了切换Hamilton系统在任意切换路径下渐近稳定的若干新结果；4．通过基于能量的稳定分析法，将上述结果应用于有限个子模型的通常切换系统，得到了通常切换系统零状态可检测／可观测、扩展的LaSalle不变原理以及稳定和渐近稳定等若干新结果。第叁章研究了有限个子模型的切换耗散Hamilton系统的控制设计问题。利用第二章得到的稳定及零状态可检测／观测结果，分别得到了该类系统的镇定控制器、L_2-干扰抑制控制器以及H_∞鲁棒自适应控制器，并将所得控制设计新结果，通过基于能量的控制设计法，运用到有限个子模型的通常切换系统中，得到了相应的控制设计新结果。第四章研究了两类无穷个子模型的混杂耗散Hamilton系统稳定分析与控制设计问题，得到了相应稳定、渐近稳定及控制设计的若干新结果。具体内容如下1．对于类型Ⅰ—切换路径在实数域的某个有界闭区域中取无穷个不同常数值，首先得到了该类系统的稳定定理，然后在此基础上，充分利用系统所固有的特殊Hamilton结构特性以及子模型的零状态可检测／可观测性，得到了混杂耗散Hamilton系统在受限制切换路径下的渐近稳定的几个充分条件，最后研究了该类系统在任意切换路径下的渐近稳定性，并得到了系统全局渐近稳定的充分条件。2．对于类型Ⅱ—切换路径的取值是与状态有关的分段连续函数，将该类系统通过适当变换化为类型Ⅰ，得到了该类系统相应的稳定及渐近稳定新结果。3．研究了类型Ⅱ的控制设计问题，得到了该类系统的镇定控制器以及鲁棒控制器。4．通过基于能量稳定分析和控制设计方法，将上述结果应用到无穷个子模型的通常混杂系统中，得到了相应的稳定及渐近稳定新结果。第五章研究了一维多平衡点切换Hamilton系统的区域稳定分析与控制设计问题，得到了该类系统在任意切换路径下都区域稳定的几个充分条件。在此基础上，研究了系统控制设计问题，得到了该类系统相对于稳定区域的镇定控制器和鲁棒控制器。第六章初步研究了有限个子模型的切换线性系统的能控能观性，得到了该类系统完全能控能观的充要条件。第七章基于电力系统紧急控制背景，首先建立了一个切换电力系统，然后，运用所得到的切换耗散Hamilton系统稳定结果，对所建立的切换电力系统进行了稳定分析，并得到了相应结果。在第八章中，我们对本文的工作进行了总结，并且提出了几个有待进一步研究的问题。
孙晓强[10]2016年在《客车ECAS车高调节与整车姿态混杂模型预测控制研究》文中提出电控空气悬架(ECAS)能够实现悬架系统刚度、阻尼以及车身高度的主动调节,对于改善车辆在行驶过程中的乘坐舒适性、操纵稳定性以及燃油经济性都具有重要意义,已成为车辆工程界的研究热点,其中,车身高度调节是ECAS的特色功能之一,系统通过对空气弹簧进行充放气实现车身高度的主动控制,为车辆综合性能提升提供了重要的技术保障。与此同时,为防止因整车载荷分布不均以及前后空气悬架系统参数差异而引起车身四角处车高调节不同步,从而导致整车姿态失稳现象,车高调节过程中的整车姿态控制也尤为关键。高速开关电磁阀是ECAS在车高调节与整车姿态控制过程中用于调节进入或流出空气弹簧内空气质量流量的关键部件,系统通过控制电磁阀的开关状态实现多种工作模式间的离散切换,而各工作模式下的系统状态更新过程为典型的连续动态过程,因此,ECAS车高调节与整车姿态控制过程具有明显的混杂动态特征,可以归结为一类典型的混杂系统。针对这一现象,本文提出采用混杂模型预测控制方法进行客车ECAS车高调节与整车姿态控制系统设计,以期为进一步提升ECAS系统控制性能提供新的理论基础和技术支持。首先,建立了客车ECAS车高调节与整车姿态非线性机理模型。对单轮ECAS车高调节过程进行了分析和总结,基于变质量充放气系统热力学理论推导了空气弹簧在充放气过程中各主要状态之间的数学关系表达式,结合车辆系统动力学原理,完成了客车单轮ECAS车高调节系统非线性机理模型的建立。在此基础上,为进一步实现ECAS车高调节过程中的整车姿态控制,建立了能够反映车身俯仰角和车身侧倾角实时变化的客车ECAS整车非线性机理模型。其次,完成了客车ECAS车高调节与整车姿态控制过程混杂动力学行为分析。根据ECAS实际运行特点,将系统工作区域划分为多个离散工作模式,结合各模式之间的跃变条件及电磁阀开关状态,建立了反映系统切换行为的离散事件集合,揭示了客车ecas在车高调节与整车姿态控制过程中连续动态过程演化、离散事件跃变以及二者之间的相互作用关系,为系统混杂模型的构建奠定了重要基础。第叁,实现了客车ecas车高调节与整车姿态混杂动态建模。在对系统机理模型中存在的非线性部分进行合理线性近似的基础上,采用混合逻辑动态方法分别进行单轮ecas车高调节与整车ecas姿态控制混杂动态模型的构建。基于命题逻辑对电磁阀开关动作、分段线性近似边界条件等离散事件进行了准确描述,通过hysdel语言对ecas车高调节与整车姿态控制过程中连续动态过程与离散事件之间的耦合行为进行了有效编译,最终形成系统混合逻辑动态模型的规范形式。第四,设计了客车ecas车高调节与整车姿态混杂模型预测控制器。为实现车身高度的准确跟踪以及整车姿态的良好控制,同时避免在车高调节与整车姿态控制过程中电磁阀开关状态出现频繁切换的现象,基于混杂模型预测控制理论分别进行了单轮ecas车高调节和ecas车高调节与整车姿态联合控制器设计,通过建立反映系统实际控制要求的目标函数,将客车ecas车高调节与整车姿态控制问题归结为一类受约束有限时域优化控制问题,然后再将其转化为混合整数二次规划问题进行求解,从而综合出有效的ecas车高调节与整车姿态混杂模型预测控制律。最后,进行了客车ecas车高调节与整车姿态混杂模型预测控制性能的实车试验验证。基于多参数规划技术完成系统混杂模型预测控制律的显式表达,解决系统实时控制问题,在此基础上,利用快速控制原型进行控制律的实际实现,然后再将其与装备ecas的实车连接,从而构成ecas车高调节与整车姿态控制实车试验平台。对实车进行车高调节试验,分析车高跟踪性能以及车高调节过程中的整车姿态控制效果,验证系统混杂模型预测控制律的有效性和可靠性。研究表明,所提出的客车ecas车高调节与整车姿态混杂模型预测控制方法不仅能够实现车身高度的有效调节,车高调节精度达96%,同时还能明显降低车高调节过程中车身俯仰角和车身侧倾角的峰值,下降幅度分别达39.3%和49.4%,从而有效改善了整车姿态控制性能。此外,值得指出的是,由于所建系统混杂动态模型中包含了反映电磁阀离散开关状态的逻辑变量,因此,综合得到的混杂模型预测控制律还能实现ECAS车高调节与整车姿态控制过程中电磁阀开关状态的直接控制,从而在此基础上能够进一步抑制电磁阀开关状态在短时间内出现频繁切换的现象,这是以往研究中所提出的控制方法难以直接实现的功能。研究工作对于提升ECAS控制领域的研究水平、丰富ECAS的研究内容具有一定意义。
参考文献：
[1]. 混杂系统分析与控制设计研究[D]. 翟海峰. 浙江大学. 2001
[2]. 一类混杂动态系统分析与控制[D]. 刘曰锋. 大连交通大学. 2007
[3]. 煤矿智能电子保护插件测试系统及其建模的研究[D]. 李玉森. 青岛科技大学. 2008
[4]. 半主动空气悬架混杂系统的多模式切换控制研究[D]. 汪少华. 江苏大学. 2013
[5]. 混杂系统的模型转换与可达性分析[D]. 白雪. 北京化工大学. 2008
[6]. 基于混合Petri网的矿井生产主物流系统建模与仿真[D]. 孙宇博. 西南交通大学. 2012
[7]. Petri网的优化协调控制理论及其应用研究[D]. 方欢. 合肥工业大学. 2013
[8]. 基于切换系统理论的混杂交通系统特性分析[D]. 向伟铭. 西南交通大学. 2014
[9]. 切换混杂Hamilton系统的分析、综合及其应用[D]. 朱礼营. 山东大学. 2007
[10]. 客车ECAS车高调节与整车姿态混杂模型预测控制研究[D]. 孙晓强. 江苏大学. 2016
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