未知环境中基于控制障碍函数的机器人安全控制研究综述

1

作者 周毅 张浩 +2 位作者 施孟佶 林伯先 石磊 《电子科技大学学报》 北大核心 2025年第1期29-38,共10页

随着机器人系统工作环境的复杂程度日益增加,以及对实时性需求的逐步提升,机器人的安全避障能力将面临新的挑战,控制障碍函数作为一种基于控制器的安全方法在机器人安全控制系统中迎来新的发展契机。调研分析了控制障碍函数及基于二次... 随着机器人系统工作环境的复杂程度日益增加,以及对实时性需求的逐步提升,机器人的安全避障能力将面临新的挑战,控制障碍函数作为一种基于控制器的安全方法在机器人安全控制系统中迎来新的发展契机。调研分析了控制障碍函数及基于二次规划的优化控制器,总结了机器人在已知和未知环境中的避障问题,综述了高斯过程和强化学习两种理论合成控制障碍函数的策略。最后,讨论了未来基于控制障碍函数的空地协同机器人安全控制需要重点关注的问题,为未来控制障碍函数的理论研究和技术应用提供了参考。 展开更多

关键词 控制障碍函数 非线性系统 安全关键控制 二次规划

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基于控制障碍函数的虚拟编组重载列车运行控制

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作者 马骏峰 宋宗莹 +3 位作者 谢晓天 王兴中 马山 王文斌 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第10期4388-4397,共10页

重载列车在复杂轨道条件下的运行控制问题日益受到关注,尤其是在高效、安全、稳定运行需求不断提升的背景下,传统的列车控制方法难以满足愈发严苛的运行要求。为了解决这一问题,提出一种基于控制障碍函数的虚拟编组重载列车运行控制策略... 重载列车在复杂轨道条件下的运行控制问题日益受到关注,尤其是在高效、安全、稳定运行需求不断提升的背景下,传统的列车控制方法难以满足愈发严苛的运行要求。为了解决这一问题,提出一种基于控制障碍函数的虚拟编组重载列车运行控制策略,旨在提高列车运行效率、确保运行安全并提升调度灵活性。该方法通过构建虚拟编组模型,并结合控制障碍函数理论,优化了列车间距控制策略,有效克服了传统控制方法在系统稳定性与列车间距一致性方面的不足。为体现该方法的适用性,从理论建模与数值仿真2个层面对其进行研究。特别是在控制策略设计与验证过程中,重点分析其在列车运行安全性与稳定性方面的性能表现。在方法设计上,首先构建了虚拟编组模型,利用控制障碍函数将非线性列车安全间距约束转化为等价的不等式条件,并在控制策略设计中施加该约束,以确保安全集的前向不变性,从而避免列车运行过程中过度接近,保障列车运行的安全与稳定;其次,通过数值仿真方法对该控制策略进行了验证,模拟了在不同运行场景下的列车调度与控制表现。仿真结果显示,基于控制障碍函数的虚拟编组方法能够有效降低列车之间的间距波动,避免了传统控制方法中的冲突与过度调整,显著提升了列车运行的平稳性和调度效率。通过对比分析,验证了该方法在重载列车的复杂运行环境中的有效性。尤其是在高密度运输和动态环境下,所提方法能够显著提升列车的运行稳定性与安全性,同时有效减少了因列车间距不合理而导致的能耗和调度效率损失。与现有控制策略相比,该方法能够在确保运行安全的同时,实现更加高效的列车调度与资源利用。综合来看,基于控制障碍函数的虚拟编组重载列车控制方法具有很强的实际应用潜力,尤其适用于需要高精度调度和高动态响应能力的重载运输系统。 展开更多

关键词 控制障碍函数 虚拟编组 重载列车 运行控制 列车间距

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基于动态参数扩展控制障碍函数的无人机时变编队最优跟踪控制

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作者 吴俊岐 吴碧 +1 位作者 邓宏彬 周智千 《兵工学报》 北大核心 2025年第4期188-201,共14页

针对多约束条件下无人机时变编队控制中的能耗优化问题,提出一种基于动态参数扩展高阶控制障碍函数的优化控制方法。对现有的高阶控制障碍函数进行改进,综合考虑无人机与障碍物的运动状态建立扩展状态的动力学模型,将动态目标避障的安... 针对多约束条件下无人机时变编队控制中的能耗优化问题,提出一种基于动态参数扩展高阶控制障碍函数的优化控制方法。对现有的高阶控制障碍函数进行改进,综合考虑无人机与障碍物的运动状态建立扩展状态的动力学模型,将动态目标避障的安全性约束条件在扩展状态动力学模型上展开,得到用于建立动态目标避障的扩展高阶控制障碍函数;针对扩展高阶控制障碍函数约束的可解性与保守性问题,设计K类函数参数的自适应规则得到动态参数扩展高阶控制障碍函数,在提高含约束优化问题可解性的同时降低解的保守性。利用控制障碍函数与动态参数扩展高阶控制障碍函数建立多约束条件,基于一致性条件与哈密顿分析建立目标函数,将时变编队的能耗优化问题转化为多约束优化问题,并用二次规划进行求解得到最优控制输入。仿真结果表明,所提方法比固定参数扩展高阶控制障碍函数以及人工势场法具有更好的避障效果与更低的能耗。 展开更多

关键词 时变编队跟踪控制 最优控制 控制障碍函数 状态观测器

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基于模型预测控制和控制障碍函数的锂电池充电安全控制策略

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作者 袁婷婷 蔡欣 +1 位作者 任向前 贾港华 《东华大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期174-183,共10页

针对现有充电优化策略无法同时满足用户对充电速度、电池健康性及安全性等多重需求的问题,提出基于模型预测控制(MPC)和控制障碍函数(CBF)的锂电池充电安全控制策略。采用控制障碍函数和控制李雅普诺夫函数(CLF)对充电过程中的关键参数... 针对现有充电优化策略无法同时满足用户对充电速度、电池健康性及安全性等多重需求的问题,提出基于模型预测控制(MPC)和控制障碍函数(CBF)的锂电池充电安全控制策略。采用控制障碍函数和控制李雅普诺夫函数(CLF)对充电过程中的关键参数进行约束从而确保充电过程的安全性和稳定性。将电池的荷电状态和健康状态作为优化策略的关键因素,通过MPC优化方法构建一个综合考虑充电效率、电池健康度及用户需求的充电模型。将整体优化目标根据用户的偏好进行细分,得到快速-健康-均衡的充电策略。经验证,所提策略与传统优化策略相比,强化了安全边界,减少了电流的震荡,充电速度提高22.9%。试验结果表明:利用该方法能够满足用户在不同情境下的充电需求,提供全面的充电选择,提高用户充电的满意度。 展开更多

关键词 模型预测控制 控制障碍函数 电池充电 安全

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基于高阶控制障碍函数的无人机避障制导

5

作者 洪瑞阳 方洋旺 +1 位作者 野汶博 胡祁东 《火力与指挥控制》 北大核心 2025年第6期137-143,共7页

在复杂的山脉地形环境中,实时运动规划对无人机的实际应用至关重要。针对山脉地形进行椭圆障碍物建模,基于高阶控制障碍函数和传统的比例导引律,构建出带有约束条件的二次优化问题,通过求解此优化问题获得无人机避障制导律。并对无人机... 在复杂的山脉地形环境中,实时运动规划对无人机的实际应用至关重要。针对山脉地形进行椭圆障碍物建模,基于高阶控制障碍函数和传统的比例导引律,构建出带有约束条件的二次优化问题,通过求解此优化问题获得无人机避障制导律。并对无人机进行避障制导过程仿真,结果表明,与圆形障碍物建模相比,所提出的避障制导律可以尽可能贴近障碍物安全边界地避开椭圆障碍物并到达目标位置,避障飞行距离较短,从而验证所提方法的正确性和优越性。对于无人机在山脉地形中的飞行和避障具有实际应用价值。 展开更多

关键词 无人机 避障控制 制导律 椭圆障碍物 高阶控制障碍函数

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基于控制障碍函数的欠驱动无人水下航行器椭圆障碍物避障制导

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作者 野汶博 方洋旺 +1 位作者 洪瑞阳 胡祁东 《兵工学报》 北大核心 2025年第5期356-368,共13页

为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性,提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。在对障碍物进行椭圆形建模的基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数,构建带有约束条... 为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性,提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。在对障碍物进行椭圆形建模的基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数,构建带有约束条件的二次规划问题,通过与无障碍环境下的制导律相结合,得到闭式解形式的避障制导律。仿真结果验证了所提方法的有效性,可全局上满足安全性和稳定性要求,对于无人水下航行器在复杂海洋环境中的安全航行具有实际应用价值。 展开更多

关键词 欠驱动无人水下航行器 控制障碍函数 椭圆障碍物 避障 制导律 二次规划

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基于控制障碍函数的受限非线性系统安全控制研究进展

7

作者 王海静 彭金柱 张方方 《郑州大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2024年第6期1-8,共8页

控制障碍函数能有效兼顾控制目标和安全性,成为当前研究热点之一。首先,基于非线性控制系统的复杂性介绍了一相对阶和高相对阶控制障碍函数的构造方法及其理论成果,通过各类控制障碍函数可将安全约束转化为集合前向不变性以实现系统安... 控制障碍函数能有效兼顾控制目标和安全性,成为当前研究热点之一。首先,基于非线性控制系统的复杂性介绍了一相对阶和高相对阶控制障碍函数的构造方法及其理论成果,通过各类控制障碍函数可将安全约束转化为集合前向不变性以实现系统安全控制。其次,从不同控制目标下优化问题的求解角度对基于控制障碍函数的非线性系统安全控制进行了总结。最后,基于控制障碍函数方法的可扩展性、强实时性和强鲁棒性等优点,展望了控制障碍函数方法在非线性系统安全控制领域的应用前景。 展开更多

关键词 控制障碍函数 非线性系统 安全控制 二次规划

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基于滤波控制障碍函数的严格反馈系统安全控制

8

作者 陈仲秋 刘勇华 苏春翌 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2474-2486,共13页

针对一类严格反馈系统的安全控制问题,提出一种基于滤波控制障碍函数(Filtered control barrier functions,FCBF)的优化控制方法.首先引入一阶低通滤波器,构建滤波控制障碍函数.然后结合控制李雅普诺夫函数(Control Lyapunov functions,... 针对一类严格反馈系统的安全控制问题,提出一种基于滤波控制障碍函数(Filtered control barrier functions,FCBF)的优化控制方法.首先引入一阶低通滤波器,构建滤波控制障碍函数.然后结合控制李雅普诺夫函数(Control Lyapunov functions,CLF)及离线优化技术,提出一种新颖的安全反推控制算法.与现有文献相比,所提控制算法通过运用滤波控制障碍函数,有效克服了安全反推过程中的“计算膨胀”问题.仿真结果验证了所提控制算法的有效性与正确性. 展开更多

关键词 非线性系统 安全控制 控制障碍函数 低通滤波器 反推设计

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基于控制障碍函数的飞行器避障与制导控制 被引量：8

9

作者 杜宏宝 王正杰 +1 位作者 唐礼喜 张小宁 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2814-2823,共10页

为实现动态障碍物环境下飞行器对目标的打击以提高其工程适用性,建立飞行器与障碍物以及飞行器与目标的运动学模型。在控制障碍函数的基础上进行拓展,结合速度障碍法对飞行器速度施加约束,与现有的比例制导律构建二次优化问题,得到闭式... 为实现动态障碍物环境下飞行器对目标的打击以提高其工程适用性,建立飞行器与障碍物以及飞行器与目标的运动学模型。在控制障碍函数的基础上进行拓展,结合速度障碍法对飞行器速度施加约束,与现有的比例制导律构建二次优化问题,得到闭式解形式的避障制导律。数值仿真并分析轨迹和过载曲线的特性。研究结果表明:所提出的避障制导律可以实时地避开运动障碍物并打击目标,有较好的全局特性;与已有避障制导律相比,过载曲线更加平缓且饱和过载占比小。 展开更多

关键词 飞行器 避障控制 制导律 控制障碍函数

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未知环境下基于控制障碍函数的无人车轨迹规划 被引量：2

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作者 方秋雨 张蕴霖 +1 位作者 麻壮壮 邵晋梁 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期90-100,共11页

无人车凭借其适应性强、成本低的优点,成为代替人类前往高风险、高污染区域执行任务的一种切实可行的方案。轨迹规划作为无人车任务系统的关键技术,其目的是根据任务目标制定满足约束条件的运动轨迹。然而,目前的导航控制器主要依赖于... 无人车凭借其适应性强、成本低的优点,成为代替人类前往高风险、高污染区域执行任务的一种切实可行的方案。轨迹规划作为无人车任务系统的关键技术,其目的是根据任务目标制定满足约束条件的运动轨迹。然而,目前的导航控制器主要依赖于预先获取的地图和先验知识,对未知环境的应对能力有所欠缺,无法适应复杂多变的任务环境。为此,提出了一种基于控制障碍函数的轨迹规划方法,用于解决无人车在未知环境下的自主避障、轨迹规划问题。该方法前端利用激光雷达感知环境深度信息,后端采用最小二乘支持向量机拟合障碍物边界,以估计控制障碍函数,并对负样本错分类进行补偿,最终通过求解二次规划得到安全控制指令。针对无人车可能陷入停滞状态的死锁问题,提出一种分段式的检测与消除方法来避免。数值仿真实验和半实物实验结果表明,所提方法在多种障碍物环境下具备较好的避障避撞和轨迹规划能力,在路径长度等方面优于传统的控制方法。 展开更多

关键词 无人车 轨迹规划 控制障碍函数 最小二乘支持向量机

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无人飞行器集群自主控制:预设性能驱动的安全编队控制

11

作者 方浩 赵欣悦 陈杰 《自动化学报》 北大核心 2025年第5期931-941,共11页

针对障碍环境下多无人机编队跟踪问题,提出一种兼顾编队跟踪性能与安全的控制框架.在该框架中,首先利用性能边界可调的预设性能控制方法生成期望控制信号,使无人机跟踪虚拟领导者的期望轨迹,跟踪过程中满足瞬态与稳态误差约束.进一步,... 针对障碍环境下多无人机编队跟踪问题,提出一种兼顾编队跟踪性能与安全的控制框架.在该框架中,首先利用性能边界可调的预设性能控制方法生成期望控制信号,使无人机跟踪虚拟领导者的期望轨迹,跟踪过程中满足瞬态与稳态误差约束.进一步,基于控制障碍函数描述无人机的安全状态集合并建立二次规划问题,利用Karush-Kuhn-Tucker条件得到最小干预安全控制器的闭式解.最后,利用安全控制的闭式解构造辅助系统,实现性能函数的自适应更新.理论分析表明,该算法能够在编队跟踪与安全性冲突条件下确保系统安全,在不发生冲突时实现性能约束下的编队跟踪.仿真结果验证了提出算法的有效性. 展开更多

关键词 多无人机编队跟踪 安全控制 预设性能控制 控制障碍函数 辅助系统

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面向突防路径跟踪的预设时间安全控制

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作者 王齐鹏 王祥科 +2 位作者 朱琳 赵述龙 沈林成 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第6期1208-1215,共8页

为增强无人机突防时的隐蔽性,无人机的突防路线通常贴近周围建筑或山体.因此,无人机在跟踪突防路径时既要保证精度又要保证安全.针对无人机突防路径的快速跟踪与主动避障问题,本文提出了一种基于分数阶增益与控制障碍函数的安全控制策略... 为增强无人机突防时的隐蔽性,无人机的突防路线通常贴近周围建筑或山体.因此,无人机在跟踪突防路径时既要保证精度又要保证安全.针对无人机突防路径的快速跟踪与主动避障问题,本文提出了一种基于分数阶增益与控制障碍函数的安全控制策略.首先,利用C~2函数定义突防航线和障碍物边界,建立了无人机突防路径跟踪的安全控制模型;然后,基于分数阶系统的“记忆”特性设计了路径跟踪控制律,实现了预设时间内对突防路径的跟踪;接着,采用控制障碍函数和广义K类函数,利用二次规划问题的最优解设计了安全控制律,实现了障碍物和航线靠近、甚至冲突情况下的自主避障;最后,通过数值仿真试验验证了所提方法的有效性. 展开更多

关键词 路径跟踪 避障 分数阶系统 控制障碍函数 安全控制

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带臂全驱动六旋翼无人机安全滑模轨迹跟踪控制

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作者 屈忠灿 聂双顺 +1 位作者 方兵 张之得 《火力与指挥控制》 北大核心 2025年第9期142-149,共8页

针对带臂全驱动六旋翼无人机的避障飞行作业问题,提出一种具有状态约束的安全滑模控制方法。通过无人机与机械臂解耦建立系统动力学模型,并设计位置与姿态的滑模标称控制器,实现六自由度状态轨迹跟踪控制。考虑避障需求,分别建立机体、... 针对带臂全驱动六旋翼无人机的避障飞行作业问题,提出一种具有状态约束的安全滑模控制方法。通过无人机与机械臂解耦建立系统动力学模型,并设计位置与姿态的滑模标称控制器,实现六自由度状态轨迹跟踪控制。考虑避障需求,分别建立机体、机械臂关节以及末端执行器位置的系统状态约束,利用控制障碍函数结合二次规划算法修正标称控制量,实现安全轨迹跟踪。通过仿真实验验证了所提出方法的有效性。 展开更多

关键词 全驱动无人机 机械臂 滑模控制 控制障碍函数 安全约束

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一类不确定非线性系统安全学习控制

14

作者 刘跃跃 王浩羽 +1 位作者 吴小雨 樊启高 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第7期1323-1332,共10页

针对非线性系统非参数不确定条件下的安全控制问题,本文提出一种基于高斯过程(GP)的安全学习控制方案.首先,基于在线采集到的历史数据,利用高斯过程回归对非线性系统中的非参不确定性与时变扰动进行学习,基于Lyapunov理论设计反馈线性... 针对非线性系统非参数不确定条件下的安全控制问题,本文提出一种基于高斯过程(GP)的安全学习控制方案.首先,基于在线采集到的历史数据,利用高斯过程回归对非线性系统中的非参不确定性与时变扰动进行学习,基于Lyapunov理论设计反馈线性化控制策略,保证控制器全局一致最终有界(GUUB).其次,考虑到安全约束问题,在反馈控制器的基础上,利用控制障碍函数(CBF),最小限度调整控制输入获得基于二次规划(QP)的优化控制输入.此外,分别在高概率意义上证明了闭环系统的有界性和状态安全域的前向不变性.通过仿真结果,验证了所提控制策略在非参数不确定性下轨迹跟踪与避障约束中的有效性. 展开更多

关键词 高斯过程 反馈线性化 控制障碍函数 安全控制 二次规划优化

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不规则障碍环境下的无人机避障制导

15

作者 廖欣 洪瑞阳 +1 位作者 方洋旺 野汶博 《火力与指挥控制》 北大核心 2025年第10期122-130,共9页

针对无人机不规则障碍物场景下执行飞行任务时存在避障能力不足,目标导航性弱,避障速度慢等问题,提出一种不规则障碍环境下的无人机避障制导方法。将不规则障碍区域等效成椭圆障碍物,基于控制障碍函数和传统的比例导引律,构建出带有约... 针对无人机不规则障碍物场景下执行飞行任务时存在避障能力不足,目标导航性弱,避障速度慢等问题,提出一种不规则障碍环境下的无人机避障制导方法。将不规则障碍区域等效成椭圆障碍物,基于控制障碍函数和传统的比例导引律,构建出带有约束条件的二次优化问题,通过求解此优化问题获得无人机避障制导律。对无人机进行不规则障碍避障制导过程仿真,结果表明,将不规则障碍物等效成椭圆能够快速完成密集障碍环境下的飞行避障任务,有效避免多约束条件下求解难的问题,求解速度更快,安全性更高,鲁棒性更强。 展开更多

关键词 无人机 避障控制 制导律 不规则障碍物 控制障碍函数

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动态环境下移动机器人主动安全控制实验设计

16

作者 冒建亮 孙林 +2 位作者 周昕 夏飞 张传林 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第9期12-16,共5页

针对非结构化动态环境中的移动机器人安全避障任务,基于模型预测控制(MPC)与控制障碍函数(CBF),构建了移动机器人主动安全控制系统。通过机器人操作系统(ROS)搭建了动态避障算法的仿真环境,从障碍物识别与预测、安全控制2个方面进行系... 针对非结构化动态环境中的移动机器人安全避障任务,基于模型预测控制(MPC)与控制障碍函数(CBF),构建了移动机器人主动安全控制系统。通过机器人操作系统(ROS)搭建了动态避障算法的仿真环境,从障碍物识别与预测、安全控制2个方面进行系统设计,从而有效提升动态避障过程中的安全性与可靠性。实验结果表明,所构建的系统能够实现动态障碍物的实时感知与状态估计,并生成安全、优化的避障轨迹。该系统为实验室智能化研究的深入开展提供了有力的技术支撑。 展开更多

关键词 移动机器人 动态避障 模型预测控制 控制障碍函数

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基于安全强化学习的不确定二阶系统模型参考跟踪控制 被引量：1

17

作者 胡一帆 刘克新 +1 位作者 付俊杰 温广辉 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期80-87,共8页

针对带有不确定性动态的二阶系统模型参考轨迹跟踪控制问题,设计了一种基于鲁棒控制障碍函数的安全强化学习算法。该算法能在学习跟踪控制器的过程中保证系统避障。首先,对具有安全约束的轨迹跟踪控制强化学习问题进行建模。其次,利用... 针对带有不确定性动态的二阶系统模型参考轨迹跟踪控制问题,设计了一种基于鲁棒控制障碍函数的安全强化学习算法。该算法能在学习跟踪控制器的过程中保证系统避障。首先,对具有安全约束的轨迹跟踪控制强化学习问题进行建模。其次,利用高斯过程模型对未知系统动力学的估计,得到鲁棒的避障控制障碍函数条件,在该条件下得到概率意义下的系统安全性保证。最后,提出基于鲁棒控制障碍函数的安全强化学习算法,得到最优模型参考轨迹跟踪控制律。仿真结果验证了所提算法的有效性。 展开更多

关键词 安全强化学习 避障 鲁棒控制障碍函数 不确定系统 跟踪控制

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基于迭代学习的动目标多约束弹道成型制导方法

18

作者 石忠佼 胡海洋 +1 位作者 何镜 林时尧 《兵工学报》 北大核心 2025年第S1期94-106,共13页

针对二维场景中空地导弹攻击地面运动目标问题,提出一种考虑落角约束、落速约束及视场角约束的多项式制导律。基于多项式成型理论,将视线角构造成相对距离的多项式函数,利用落角约束等边界条件,得到多项式系数的代数关系式。针对落速约... 针对二维场景中空地导弹攻击地面运动目标问题,提出一种考虑落角约束、落速约束及视场角约束的多项式制导律。基于多项式成型理论,将视线角构造成相对距离的多项式函数,利用落角约束等边界条件,得到多项式系数的代数关系式。针对落速约束要求,将未知的多项式系数设计为控制参数,采用迭代学习方法对其进行逐次更新,进而得到标称制导指令。考虑导引头存在的视场角边界限制,基于控制障碍函数方法建立安全集合并构建优化问题,对标称制导指令进行修正以保证视场角始终保持在约束边界内。通过数值仿真验证了所提出的制导律能够在保证命中目标的同时,还能满足落角约束、落速约束及视场角约束。 展开更多

关键词 落角约束 落速约束 视场角约束 多项式成型 控制障碍函数

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考虑状态受限的微电网二次电压与频率固定时间控制 被引量：4

19

作者 吴忠强 程洪强 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第15期4107-4119,共13页

该文研究孤岛交流微电网二次电压和频率的固定时间精确控制问题,基于多智能体一致性方法,提出考虑状态受限的自适应模糊固定时间二次电压控制器和基于控制障碍函数的二次频率控制器。在多智能体一致性控制中,将每一个分布式电源视为一... 该文研究孤岛交流微电网二次电压和频率的固定时间精确控制问题,基于多智能体一致性方法,提出考虑状态受限的自适应模糊固定时间二次电压控制器和基于控制障碍函数的二次频率控制器。在多智能体一致性控制中,将每一个分布式电源视为一个非线性智能体,智能体之间通过稀疏网络进行通信。在电压控制器设计中,采用反馈线性化后未知变量的自适应模糊估计提高控制器的自适应能力,并引入新的滑模面使电压控制器在固定时间内收敛。考虑到系统状态受限问题,分别采用障碍Lyapunov函数和控制障碍函数设计电压与频率控制器,使系统状态在预设的约束范围内。频率控制器的设计还考虑了有功功率的精确分配问题,给出了严格的固定时间收敛及稳定性证明。在Matlab/Sim Power System环境下,对微电网负载变化及大干扰下的仿真验证了所提控制器的有效性。 展开更多

关键词 微电网 固定时间 障碍Lyapunov函数 自适应模糊估计 分布式二次控制 控制障碍函数

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基于安全强化学习的热电联产机组经济调度策略研究

20

作者 王欣 崔承刚 +1 位作者 王想想 朱平 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第4期968-981,共14页

针对DRL算法在热电联产(combined heat and power,CHP)机组优化中缺乏安全性和稳定性保证的问题,提出了一种基于安全强化学习(SRL)的调度优化方法。在Dymola平台以CHP机组为热源建立了区域供热系统模型。设计了CHP机组经济调度的MDP模型... 针对DRL算法在热电联产(combined heat and power,CHP)机组优化中缺乏安全性和稳定性保证的问题,提出了一种基于安全强化学习(SRL)的调度优化方法。在Dymola平台以CHP机组为热源建立了区域供热系统模型。设计了CHP机组经济调度的MDP模型,并通过控制障碍函数(control barrier functions,CBF)指导DRL安全探索。仿真结果表明:CBF-DRL方法在复杂且非线性的区域供热系统中,不仅能够提升DRL算法的收敛速度,还能够有效利用供热管道的热惯性提高CHP机组的经济效益,并在安全性方面表现出优势。 展开更多

关键词 热电联产 区域供热系统 安全强化学习 控制障碍函数 经济调度 协同仿真

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