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高斯混沌火鹰优化算法求解动态优化问题的研究及应用
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作者 陈泳璋 莫愿斌 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第2期436-449,共14页
在化学工业上有许多重要的化学过程依赖于动态优化,存在非线性与不连续性等因素,为寻找更高效的求解算法,在火鹰优化算法的基础上提出高斯混沌火鹰优化算法,在将控制变量参数化后用该算法求解此类问题。使用tent混沌映射替换原来的初始... 在化学工业上有许多重要的化学过程依赖于动态优化,存在非线性与不连续性等因素,为寻找更高效的求解算法,在火鹰优化算法的基础上提出高斯混沌火鹰优化算法,在将控制变量参数化后用该算法求解此类问题。使用tent混沌映射替换原来的初始化种群方式,以使算法的最初分布更具合理性;在分析在火鹰位置更新、猎物位置更新后引入了竞争协同捕猎和逃避效应权重,提升了算法的开发和探索能力,同时还嵌入了高斯采样提高了种群的多样性,进一步增强了算法局部寻优和动态适应能力。仿真结果证明了算法在求解化工动态优化问题的有效性。 展开更多
关键词 化工动态优化 高斯采样 控制变量参数化 混沌映射 火鹰优化
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一种用于SGCMG奇异规避的CVP轨迹规划
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作者 刘畅 王昊 +1 位作者 杨帆 金仲和 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2020年第4期7-14,共8页
采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的小型敏捷卫星在姿态机动过程中存在着奇异问题。本文从SGCMG姿态控制系统整体出发,将奇异问题转化为状态约束的动态控制问题,基于控制变量参数化(CVP)方法,设计了一种用于SGCMG奇异规避的... 采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的小型敏捷卫星在姿态机动过程中存在着奇异问题。本文从SGCMG姿态控制系统整体出发,将奇异问题转化为状态约束的动态控制问题,基于控制变量参数化(CVP)方法,设计了一种用于SGCMG奇异规避的轨迹规划。该算法在实现小型敏捷卫星大角度姿态机动过程无奇异的基础上,将SGCMG框架角转速的最优轨迹通过CVP方法进行分段线性规划。这种规划策略对框架伺服系统的算法设计无复杂要求,仅需要简单的加减速控制,从而节约了星上资源。在轨迹规划实现过程中,考虑了工程实际中的约束条件,可以按照姿态机动任务要求规划出一条综合考虑能量资源和目标精度的最优轨迹。仿真结果表明:该算法实现了姿态参数轨迹和星体角速度轨迹的平缓变化,目标误差在1×10^(-3)量级,星体在机动过程中运行稳定,SGCMG不会出现奇异现象。 展开更多
关键词 敏捷卫星 单框架控制力矩陀螺 控制变量参数化 轨迹规划 姿态控制
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Linear and nonlinear control of a robotic excavator 被引量:3
3
作者 顾军 MA Xian-dong +1 位作者 倪俊芳 孙立宁 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第7期1823-1831,共9页
Various control systems for a robotic excavator named LUCIE (Lancaster University Computerized and Intelligent Excavator),were investigated. The excavator is being developed to dig trenches autonomously. One stumbling... Various control systems for a robotic excavator named LUCIE (Lancaster University Computerized and Intelligent Excavator),were investigated. The excavator is being developed to dig trenches autonomously. One stumbling block is the achievement of adequate,accurate,quick and smooth movement under automatic control. Here,both classical and modern approaches are considered,including proportional-integral-derivative (PID) control tuned by conventional Zigler-Nichols rules,linear proportional-integral-plus (PIP) control,and a novel nonlinear PIP controller based on a state-dependent parameter (SDP) model structure,in which the parameters are functionally dependent on other variables in the system. Implementation results for the excavator joint arms control demonstrate that SDP-PIP controller provides the improved performance with fast,smooth and accurate response in comparison with both PID and linearized PIP control. 展开更多
关键词 robotic excavator proportional-integral-derivative (PID) control proportional-integral-plus (PIP) control IDENTIFICATION state-dependent parameter model state variable feedback
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The Analysis and Numerical Simulation of Dynamical Functions of the Transpiration Cooling Control System with Surface Ablation
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作者 Xu Yanhou Wu Guangyu(Department of Modern Mechanics,University of Science & Technology of China, Hefei, 230026)Gong Guanghui(Graduate School of USTC, Beijing, 100039)Yang Xueshi(P.O.Box 142-206, Beijing, 100854) 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 1994年第1期44-52,共9页
This problem is a nonlinear control system with variable-domain distributed parameter. In this paper, the numerical simulation of the dynamic functions has been carried out by transforming this problem to a fixed-dom... This problem is a nonlinear control system with variable-domain distributed parameter. In this paper, the numerical simulation of the dynamic functions has been carried out by transforming this problem to a fixed-domain initial-boundary value problem, and the numerical results are obtained: (1) Thedistribution of temperature rises, the ablation amount and velocity of the thermal shield vary with the time; (2) The maximum ablating velocity, the time of the ablation beginning and ending related to thetranspiration quantity. This method succeeds in overcoming the difficulty brought up by variable domain.On the other hand, the critical transpiration quantity for the surface to start ablating, the maximum ablating velocity and time of the ablation ending are obtained theoretically. 展开更多
关键词 Ablation Transpiration cooling variable domain Distributed parameter control NumericalSimulation
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带不等式路径约束最优控制问题的惩罚函数法 被引量:13
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作者 胡云卿 刘兴高 薛安克 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第12期1996-2001,共6页
控制变量参数化(Control variable parameterization,CVP)方法是目前求解流程工业中最优操作问题的主流数值方法,但如果问题中包含路径约束,特别是不等式路径约束时,CVP方法则需要考虑专门的处理手段.为了克服该缺点,本文提出一种基于L... 控制变量参数化(Control variable parameterization,CVP)方法是目前求解流程工业中最优操作问题的主流数值方法,但如果问题中包含路径约束,特别是不等式路径约束时,CVP方法则需要考虑专门的处理手段.为了克服该缺点,本文提出一种基于L1精确惩罚函数的方法,能够有效处理关于控制变量、状态变量、甚至控制变量/状态变量复杂耦合形式下的不等式路径约束.此外,为了能使用基于梯度的成熟优化算法,本文还引进了最新出现的光滑化技巧对非光滑的惩罚项进行磨光.最终得到了能高效处理不等式路径约束的改进型CVP架构,并给出相应数值算法.经典的带不等式路径约束最优控制问题上的测试结果及与国外文献报道的比较研究表明:本文所提出的改进型CVP架构及相应算法在精度和效率上兼有良好表现. 展开更多
关键词 流程工业 最优控制 控制变量参数化 不等式路径约束 惩罚函数
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处理动态优化问题中控制变量路径约束的方法 被引量:4
6
作者 胡云卿 刘兴高 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第4期440-449,共10页
目前国际上对动态优化问题中的状态变量路径约束已有一些研究,但专门处理控制变量路径约束的方法却鲜见报道.本文首先介绍两种分别基于三角函数变换、约束算子截断来处理控制变量路径约束的方法,然后提出一种基于光滑化的二次罚函数方法... 目前国际上对动态优化问题中的状态变量路径约束已有一些研究,但专门处理控制变量路径约束的方法却鲜见报道.本文首先介绍两种分别基于三角函数变换、约束算子截断来处理控制变量路径约束的方法,然后提出一种基于光滑化的二次罚函数方法.光滑化罚函数方法不仅能够处理控制变量路径约束,而且还能同时处理关于状态变量的路径约束.最后使用目前流行的控制变量参数化(Control variable parameterization,CVP)策略对最终获得的、不再含控制变量路径约束的动态优化问题求解.实例测试一展现了三种方法各自的特点;实例测试二表明了光滑罚函数方法的有效性和优越性. 展开更多
关键词 动态优化 路径约束 控制变量 控制变量参数化
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基于拟能量的高超声速飞行器再入轨迹优化 被引量:5
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作者 孙勇 段广仁 +1 位作者 张卯瑞 张泽 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期262-266,共5页
考虑高超声速飞行器再入过程总加热量最小,基于拟能量将单段轨迹优化转化为多段轨迹优化问题,采用非等间距控制变量参数化方法对每段轨迹分别优化.高超声速飞行器再入轨迹必须满足热流率、动压和过载3个约束.通过把控制变量参数化,同时... 考虑高超声速飞行器再入过程总加热量最小,基于拟能量将单段轨迹优化转化为多段轨迹优化问题,采用非等间距控制变量参数化方法对每段轨迹分别优化.高超声速飞行器再入轨迹必须满足热流率、动压和过载3个约束.通过把控制变量参数化,同时引入时间尺度变换和不等式约束转化方法,将轨迹优化问题转化为含有约束的非线性规划问题.基于拟能量概念,将再入轨迹进行了分段优化,以4段为例进行了仿真,计算时间比单段情况下缩短了约50%. 展开更多
关键词 高超声速飞行器 拟能量 再入轨迹优化 控制变量参数化
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全程恒定基座姿态零扰动的空间机械臂轨迹规划 被引量:4
8
作者 黄兴宏 贾英宏 +1 位作者 徐世杰 卢山 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期488-496,共9页
本文研究了全程恒定基座姿态零扰动的自由漂浮空间机器人(FFSR)末端位姿轨迹规划的问题。针对无运动学冗余自由度的三关节平面FFSR系统,首先建立了其末端位姿与关节角之间的状态变换关系,然后给出了以基座姿态和关节角为状态变量的系统... 本文研究了全程恒定基座姿态零扰动的自由漂浮空间机器人(FFSR)末端位姿轨迹规划的问题。针对无运动学冗余自由度的三关节平面FFSR系统,首先建立了其末端位姿与关节角之间的状态变换关系,然后给出了以基座姿态和关节角为状态变量的系统方程。根据该系统方程,利用非线性系统的可控性判据证明了在保证全程恒定基座姿态零扰动的前提下,对FFSR系统的末端位置和姿态同时作轨迹规划的可行性;再利用最优控制策略,将轨迹规划问题转换为最优控制问题,设计了一种全程恒定基座姿态零扰动的末端位姿轨迹规划方法。数值仿真验证了结论的正确性和设计方法的有效性。 展开更多
关键词 自由漂浮空间机器人(FFSR) 轨迹规划 全程恒定基座姿态零扰动 可控性 控制函数参数化
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一类纯反馈非仿射非线性系统的自适应神经网络变结构控制 被引量:3
9
作者 杜红彬 李绍军 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期723-726,共4页
研究了一类非仿射的纯反馈单输入单输出非线性系统。针对此系统,在中值定理、神经网络参数化和解耦Backstepping的基础上,提出了一种自适应变结构神经网络控制策略,而且所给出的定理证明闭环系统的所有信号在平衡点上是半全局一致有界... 研究了一类非仿射的纯反馈单输入单输出非线性系统。针对此系统,在中值定理、神经网络参数化和解耦Backstepping的基础上,提出了一种自适应变结构神经网络控制策略,而且所给出的定理证明闭环系统的所有信号在平衡点上是半全局一致有界的。通过对一个非仿射CSTR对象的仿真验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 非线性 自适应变结构控制 神经网络参数化 纯反馈系统
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飞机舱内声品质的音色参数表达 被引量:6
10
作者 杨立学 陈克安 +3 位作者 李双 周静 黄文超 侯峰 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期444-450,共7页
为有效地描述噪声音色对飞机舱内声品质的影响,开展了3组主观评价实验:不相似度评价、语义细分和偏好度成对比较。首先,不相似评价实验表明,飞机舱内噪声的音色可由一个4维空间表示;然后,回归分析发现后2个维度与语义细分尺度具有关联,... 为有效地描述噪声音色对飞机舱内声品质的影响,开展了3组主观评价实验:不相似度评价、语义细分和偏好度成对比较。首先,不相似评价实验表明,飞机舱内噪声的音色可由一个4维空间表示;然后,回归分析发现后2个维度与语义细分尺度具有关联,其中维度3可描述为"轰鸣的"和"低沉的",而维度4可描述为"刺耳的"和"有节奏的";接着,利用4个声学参数(噪度、ERB谱峰度、短时谱偏度和ERB谱变化)得到了音色空间每个维度的定量表达;最后,通过分析被试偏好度和4个音色参数间的关系,发现偏好度较高的声音具有较少的线谱、随机性较强,同时其频谱具有平坦对称的分布。 展开更多
关键词 不相似度 多维尺度分析 语义细分 偏好度 音色参数
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变传动比齿轮滚齿加工的新型CNC设计
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作者 肖本贤 朱华炳 +1 位作者 韩江 王治森 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第6期20-22,共3页
根据开放式的体系结构设计思想,开发出基于STD工控机的用于变传动比齿轮滚齿加工的新型CNC系统。介绍系统的结构、特点与关键技术,该CNC系统可实现多种齿轮的在线参数编程、仿真、多轴伺服闭环控制、CNC实时直接插补加工以及加工过程... 根据开放式的体系结构设计思想,开发出基于STD工控机的用于变传动比齿轮滚齿加工的新型CNC系统。介绍系统的结构、特点与关键技术,该CNC系统可实现多种齿轮的在线参数编程、仿真、多轴伺服闭环控制、CNC实时直接插补加工以及加工过程的动态跟踪显示,具有高的加工精度、效率与柔性。 展开更多
关键词 齿轮加工 数控系统 变传动比 滚齿加工
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一种高效的快速近似控制向量参数化方法 被引量:2
12
作者 李国栋 胡云卿 刘兴高 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期67-74,共8页
控制向量参数化(Control vector parameterization,CVP)方法是目前求解流程工业中最优操作问题的主流数值方法,然而,该方法的主要缺点之一是计算效率较低,这是因为在求解生成的非线性规划(Nonlinear programming,NLP)问题时,需要随着控... 控制向量参数化(Control vector parameterization,CVP)方法是目前求解流程工业中最优操作问题的主流数值方法,然而,该方法的主要缺点之一是计算效率较低,这是因为在求解生成的非线性规划(Nonlinear programming,NLP)问题时,需要随着控制参数的调整,反复不断地求解相关的微分方程组,这也是CVP方法中最耗时的部分.为了提高CVP方法的计算效率,本文提出一种新颖的快速近似方法,能够有效减少微分方程组、函数值以及梯度的计算量.最后,两个经典的最优控制问题上的测试结果及与国外成熟的最优控制软件的比较研究表明:本文提出的快速近似CVP方法在精度和效率上兼有良好的表现. 展开更多
关键词 流程工业 最优控制 控制向量参数化 计算效率 快速近似
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一种求解最优控制问题的变时间节点控制向量参数化方法 被引量:3
13
作者 李国栋 刘兴高 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期640-646,共7页
控制向量参数化方法是求解最优控制问题的一种常用数值方法。它通过离散化控制时域,将控制向量近似地表示成一组参数化的函数。离散化后的时间网格通常是固定的,其划分会影响到最优控制问题数值求解的精度和效率。为了同时优化控制参数... 控制向量参数化方法是求解最优控制问题的一种常用数值方法。它通过离散化控制时域,将控制向量近似地表示成一组参数化的函数。离散化后的时间网格通常是固定的,其划分会影响到最优控制问题数值求解的精度和效率。为了同时优化控制参数和时间网格节点,提出了一种时间节点可变的控制向量参数化方法。推导出了最优控制性能指标对时间参数的导数与对时间分段长度导数之间的关系,得到了性能指标的梯度表达式。用两个经典最优控制实例对所提出的方法进行了测试,结果表明所提出方法能够更好地逼近最优控制轨迹。 展开更多
关键词 过程控制 控制向量参数化 变时间节点 优化 算法
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月球探测器动力下降段最优轨迹参数化方法 被引量:2
14
作者 乔衍迪 张泽旭 +1 位作者 邓涵之 徐田来 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期740-748,共9页
为保证月球探测器进入姿态调整段时具有充分的高度与速度余量,本文提出一种基于控制变量参数化的月球探测器动力下降段最优轨迹求解方法。在三维探测器软着陆动力学模型基础上,将月球探测器软着陆制导律设计等效为燃料最优约束下的探测... 为保证月球探测器进入姿态调整段时具有充分的高度与速度余量,本文提出一种基于控制变量参数化的月球探测器动力下降段最优轨迹求解方法。在三维探测器软着陆动力学模型基础上,将月球探测器软着陆制导律设计等效为燃料最优约束下的探测器俯仰角控制问题,利用控制变量参数化(Control Variables Parameterization,CVP)方法将该控制问题中的控制变量与约束条件转化为非线性规划问题求解,并引入时间尺度变换,将着陆时间序列加入待规划参数,进而求得满足精度的最优数值解。蒙特卡罗仿真实验表明,与传统的显式制导律相比,本文提出的参数化制导方法在动力下降段燃料更省,动力下降段的起始高度在±20%范围内波动时,仍能以高精度速度和高度指标完成末制导。 展开更多
关键词 月球软着陆 燃料最优控制 控制变量参数化 非线性规划 时间尺度变换
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热率约束下高超声速飞行器Gauss时间网格参数化轨迹规划 被引量:2
15
作者 刘平 刘航 +1 位作者 仇国庆 刘兴高 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期2283-2292,共10页
针对热率约束下高超声速飞行器(HV)再入轨迹规划,提出一种结合光滑化不等式约束处理和非均匀Gauss离散时间网格的改进控制变量参数化(CVP)优化算法.首先,结合HV动力学方程和约束条件建立了HV再入轨迹优化问题;然后,采用光滑化函数对不... 针对热率约束下高超声速飞行器(HV)再入轨迹规划,提出一种结合光滑化不等式约束处理和非均匀Gauss离散时间网格的改进控制变量参数化(CVP)优化算法.首先,结合HV动力学方程和约束条件建立了HV再入轨迹优化问题;然后,采用光滑化函数对不等式路径约束进行处理并引入附加状态变量转化进微分方程中;进一步,在CVP算法框架下,给出了基于Gauss分布的时间网格控制参数化策略,以此改善HV攻角控制精度进而提升HV再入航程;最后,在通用航空器模型上进行仿真测试,验证提出方法的性能并分析不同热率约束限值对最大航程规划的影响.结果显示,相较于均匀时间网格参数化CVP–S–P方法,改进方法再入航程增加320.1 km(提升4.1%),表明了改进算法的有效性;同时,基于本文方法仿真结果,热率限值降低对HV最大航程减少有限,当热率限值降低15%时,最大航程损失仅3.16%,展示了本文方法对HV热防护设计的理论价值. 展开更多
关键词 高超声速飞行器 轨迹优化 热率约束 非均匀离散 控制向量参数化 飞行路径
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动态优化问题的瞬态自适应麻雀搜索算法求解 被引量:4
16
作者 刘睿 莫愿斌 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2022年第12期3651-3657,共7页
动态优化普遍存在于工业过程控制领域,是实现系统稳态与产值最大化的重要手段,应用并发展更加高效的动态优化方法逐渐成为了当前研究的热点。鉴于此,提出一种基于瞬态自适应麻雀搜索算法(TASSA)的动态优化问题求解方案。首先,分析了原... 动态优化普遍存在于工业过程控制领域,是实现系统稳态与产值最大化的重要手段,应用并发展更加高效的动态优化方法逐渐成为了当前研究的热点。鉴于此,提出一种基于瞬态自适应麻雀搜索算法(TASSA)的动态优化问题求解方案。首先,分析了原始麻雀搜索算法的缺陷,为了提升全局勘探能力,引入瞬态搜索策略指导加入者的寻优过程;其次,采用随迭代而变化的惯性权重调节具体的搜索方式,增强了算法的动态适应能力,并通过九组基准函数的数值测试确认了改进策略的有效性;最后,采用时域等分的方式,在控制变量参数化(CVP)的框架下利用TASSA对三组典型的动态优化问题进行求解,对比不同文献中的方法,所提算法取得了更精确的结果。 展开更多
关键词 动态优化 过程控制 控制变量参数化 麻雀搜索算法
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多频未知时变扰动下的结构微振动鲁棒自适应控制 被引量:1
17
作者 方昱斌 朱晓锦 +3 位作者 杨龙飞 许志超 田梦楚 张小兵 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期1309-1317,共9页
本文针对多频窄带未知和时变扰动,基于内模原理和Y-K参数化方法,提出一种反馈鲁棒自适应振动的主动控制算法。该算法通过设计PID中央鲁棒控制器,有效解决了次级通道模型未知情况下的鲁棒控制器参数设计问题。同时提出一种变步长最小均方... 本文针对多频窄带未知和时变扰动,基于内模原理和Y-K参数化方法,提出一种反馈鲁棒自适应振动的主动控制算法。该算法通过设计PID中央鲁棒控制器,有效解决了次级通道模型未知情况下的鲁棒控制器参数设计问题。同时提出一种变步长最小均方(Variable Step Size Least Mean Square,VSSLMS)方法,可以在保证稳态误差的基础上大幅提升收敛速度,并通过系统辨识实验验证了所提VSSLMS方法相较于其他VSSLMS算法在收敛性能上的优越性。通过结构微振动主动控制实时实验,对比验证了单独采用滤波x最小均方(Least Mean Square,LMS)自适应控制算法、基于LMS算法的鲁棒自适应控制算法和基于VSSLMS算法的鲁棒自适应控制算法的抑振效果。实验结果表明,本文基于VSSLMS算法的鲁棒自适应控制算法在面向双频正弦窄带扰动以及其频谱、幅值突变情况时,都具有较好的收敛性和鲁棒性。 展开更多
关键词 振动主动控制 Y-K参数化 变步长(VSS) LMS算法 鲁棒自适应
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基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划 被引量:16
18
作者 张旭 曾祥鑫 郎博 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期372-378,共7页
针对自由漂浮空间机器人传统路径规划方法对基座卫星扰动较大的问题,提出了一种基于控制变量参数化的路径规划方法。该方法将路径规划问题转化成以基座姿态扰动最小为目标函数并满足一系列约束条件的最优控制问题,并采用控制变量参数化... 针对自由漂浮空间机器人传统路径规划方法对基座卫星扰动较大的问题,提出了一种基于控制变量参数化的路径规划方法。该方法将路径规划问题转化成以基座姿态扰动最小为目标函数并满足一系列约束条件的最优控制问题,并采用控制变量参数化方法进行离散化处理,将最优控制问题转化成求解非线性规划问题,并给出了完整的理论收敛性证明,从而准确地估计出自由漂浮空间机器人末端执行器的最优路径。仿真结果表明,与传统的分解加速度方法相比,该方法得到的运动路径所引起的基座卫星姿态扰动为0.104rad,相比传统方法降低了17.53%,验证了所提路径规划方法的有效性与最优性。 展开更多
关键词 自由漂浮空间机器人 姿态扰动 控制变量参数化 路径规划
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