2014年, 第34卷, 第7期　刊出日期：2014-07-25

  

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  非最小相位高超声速飞行器自适应动态面控制

  李公军，孟斌

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 769-779. https://doi.org/10.12341/jssms12358

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  研究存在参数不确定和非最小相位特性的吸气式高超声速飞行器的控制律设计问题. 通过深入分析被控对象的动力学特点, 提出了一种新型设计思想. 将系统分为速度子系统和俯仰动力学子系统分别进行设计. 针对速度子系统, 设计自适应动态逆控制; 针对非最小相位俯仰动力学子系统, 设计高增益自适应动态面控制. 稳定性分析表明, 系统的跟踪误差是一致最终有界的, 其它状态是有界的. 最后的数值仿真验证了该方法的有效性.
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  永磁同步电机复合型变阶次积分滑模控制研究

  黄家才，施昕昕，崔磊，李宏胜，向峥嵘

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 780-791. https://doi.org/10.12341/jssms12374

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  基于永磁同步电动机(PMSM)的数学模型和状态方程, 为提高其位置控制的动态响应性能和鲁棒性, 提出一种含有整数阶积分以及分数阶积分的复合型非线性滑模面, 并设计了相应的位置滑模控制算法, 其中分数阶积分项的阶次采用模糊推理原则获得. 在控制律输出中加入滑模面的分数阶积分项作为前馈补偿, 进一步增强了抑制负载扰动及削弱系统抖振的能力. 通过Lyapunov定理证明了所设计的复合积分滑模控制方法的稳定性. 对所提控制方法进行模型搭建和数值仿真, 仿真结果证明了所提方法的鲁棒性和有效性.
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  一种新型的局部连接BP网络模型及应用

  钱坤，王天真，马斌，汤天浩，CLARAMUNT Christophe

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 792-804. https://doi.org/10.12341/jssms12375

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  局部连接神经网络简化了网络结构,提升了网络收敛速度和减少了网络训练复杂度,可用于函数逼近和系统建模.为了采用直观的建模方式对实际系统网络拓扑逼近,对此文章提出一种新型的局部连接BP网络模型 (local BP neural network, LBPNN).该模型的网络结构可以模拟任意前馈型网络拓扑结构, 其网络模型中的连接权和神经元与被模拟的网络拓扑中的边和节点一一对应. 传统带约束的非线性规划和智能优化算法,其参数辨识受限条件多和算法代价较大, 同时提出了与LBPNN模型相应的一种新型的带约束的随机梯度下降法(constrained stochastic gradient descent, CSGD)对其权值参数进行训练.通过算例仿真验证了CSGD训练算法的有效性,稳定性和鲁棒性.
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   高阶张量反卷积非负约束的纤维方向分布估计方法

  许优优，冯远静，牛延鹏，吴烨

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 805-814. https://doi.org/10.12341/jssms12376

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  高阶张量能够以其简单的多项式形式表示多叶函数, 被广泛应用于纤维方向分布估计中.但随着高阶张量阶数的增加, 现有方法存在难以稳定重构纤维方向和角度分辨率低等缺陷.引入非负约束条件是目前提高稳定性的常用方法,该方法也仅能保证低于6阶时纤维方向的稳定估计. 针对以上问题,文章在高阶张量拟合模型基础上引入球面反卷积模型,并提出了一种自适应非负约束迭代算法进行纤维方向分布估计.该算法以高阶张量为基函数拟合纤维扩散分布, 沿纤维方向调整非负约束,并自适应训练调整矩阵参数.为了验证本算法的有效性,通过仿真数据与实际临床数据在同等条件下与现有CT-FOD, CSD算法进行角度分辨率,角度误差以及纤维重建对比实验.结果表明,文章所提出的方法在角度分辨率和稳定性方面优于现有的两种方法.
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  基于事件驱动的环形编队多智能体系统

  王航飞，禹梅，谢广明，石红

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 815-827. https://doi.org/10.12341/jssms12377

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  研究了控制器采用事件驱动机制时,多智能体系统的环形编队控制问题. 事件驱动控制机制用来降低个体控制更新的频率,以此减少整个系统的能量消耗. 假设所有智能体始终在一固定的圆环上运动,并且每个智能体只能感知到其前后两个紧邻智能体的信息.利用邻居的信息,对每个智能体设计分布式控制律,在事件驱动控制机制下, 所提控制策略可以使多智能体系统形成给定的期望环形编队,并将环形编队扩展到特殊的均匀环形编队形式.数值的仿真验证了所提控制策略的有效性.
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  基于多模型自适应估计的航天器相对导航

  熊凯，魏春岭

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 828-837. https://doi.org/10.12341/jssms12378

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  研究适用于非线性不确定系统的多模型自适应估计(MMAE)算法, 基于一系列不同的系统噪声方差阵建立多个模型, 使得由多个并行滤波器构成的算法适用于存在未知干扰的导航系统. 针对非线性不确定系统, 分析了多模型自适应估计算法的稳定性, 给出了算法误差有界的充分条件. 重点研究用于远距离航天器相对导航的MMAE算法, 精确获取空间目标的相对位置, 对于执行空间任务或实现航天器避碰具有重要意义. 为了改善导航系统的可观度, 采取双视线测量目标跟踪策略. 以基于双视线矢量测量的空间目标相对导航问题为例, 对扩展卡尔曼滤波(EKF), 非线性鲁棒卡尔曼滤波(NRF)和MMAE算法进行了对比研究, 结果表明, 系统中存在未知干扰的情况下, 所设计的MMAE算法具有优于传统EKF和NRF的性能.
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  具有未建模动态耦合大系统的分散自适应动态面控制

  夏晓南，张天平，朱洪斌

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 838-852. https://doi.org/10.12341/jssms12379

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  对一类具有未建模动态的非线性耦合大系统, 利用神经网络逼近未知非线性连续函数, 提出一种分散自适应神经动态面控制方案. 该方案通过引入一个动态信号克服了未建模动态. 利用分离技术放宽了对系统扰动及耦合项的限制条件. 将动态面控制与后推设计相结合, 有效地解决了后推设计中需要对虚拟控制反复求导所导致的设计复杂性问题,　最终实现了耦合大系统的分散自适应控制. 通过理论分析, 证明了闭环系统所有信号是半全局一致终结有界的. 通过适当选取设计参数, 跟踪误差能够收敛到零的一个小邻域内.仿真结果表明了所提控制方案的有效性.
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  一类非线性系统的输出反馈跟踪控制

  赵彦，于江波，田洁

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 853-861. https://doi.org/10.12341/jssms12380

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  研究了一类带有动态不确定性的非线性系统鲁棒输出跟踪控制问题. 应用结合死区技术的反步方法, 提出了一输出反馈跟踪控制方案. 设计的鲁棒跟踪控制器能够使得跟踪误差在有限时间后收敛到原点的任意小邻域, 同时保证闭环系统的其他信号有界. 仿真例子验证了该控制方案的有效性.
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  基于动态输出反馈的互联大系统重叠分散控制

  李小华，刘洋，高佳旺

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 862-875. https://doi.org/10.12341/jssms12381

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  主要研究一类基于动态输出反馈的环型互联大系统鲁棒重叠分散控制问题. 根据大系统包含原理的约束条件, 对系统进行特殊重叠结构分解, 在扩展空间中分解为一系列两两子系统对, 为每个两两子系统对分别设计动态输出反馈控制器, 然后收缩回原空间, 实现对该互联大系统的重叠分散控制. 在控制器设计中, 采用了 Lyapunov 理论和线性矩阵不等式(LMI)方法, 推导了系统稳定的充分条件, 给出了动态输出反馈控制器的设计方法, 并用遗传算法对设计参数进行了优化, 从而进一步优化了设计结果. 由于控制器设计时仅针对两两子系统, 因此该方法避免了直接采用LMI方法因子系统过多, 维数过大引起的LMI求解上的困难. 最后将该方法应用到一个三区域互联电力系统的自动发电控制(AGC)设计中, 仿真结果证明了此方法的可行性及优越性.
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  二阶离散多智能体系统的鲁棒最优一致

  莫立坡

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 876-887. https://doi.org/10.12341/jssms12382

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  研究了不确定二阶离散多智能体有向网络的鲁棒最优一致问题. 首先, 基于每个智能体可获得的局部信息设计了一个控制协议, 并且智能体间相互影响的权重系数具有模型不确定性. 其次, 利用智能体的能量消耗思想, 给出了系统的一个保代价性能指标. 然后, 利用Lyapunov函数的方法, 分析了多智能体网络系统在满足保代价性能指标下的最优一致问题, 得到了系统 达到渐近最优一致的条件. 最后, 仿真结果验证了所获得的结果的正确性.
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  一类三次系统的广义相伴系统的定性分析

  蒋自国

  系统科学与数学. 2014, 34(7): 888-895. https://doi.org/10.12341/jssms12383

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  研究了一类三次多项式微分系统$\dot{x}=-y+\delta x+lx^{2}+mxy+bxy^2+ax^3, \dot{y}=x$ 的广义相伴系统$\dot{x}=-y+\delta x+lx^{2}+mxy+bxy^2+ax^3,\dot{y}=x\varphi(y)$, 对原点$O$ 进行了中心-焦点判定. 利用旋转向量场的理论得出了系统不存在极限环的充分条件, 利用Hopf 分支问题的Lyapunov 第二方法得到了该系统极限环 存在性的若干充分条件, 最后利用Coppel的唯一性定理得到了极限环唯一性的充分条件.