上海交通大学学报

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基于变分贝叶斯理论的不确定厚尾噪声滤波方法

董祥祥, 吕润妍, 蔡云泽

2020,54 (9): 881-889.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.99.014

摘要 ( 1370 )

HTML ( 2119 )

PDF(1125KB) ( 439 )

为了解决非线性滤波中量测噪声呈厚尾分布且统计特性不确定的问题,提出一种基于Pearson Type VII 分布的自适应滤波算法.针对传统鲁棒卡尔曼滤波器因尺度矩阵和自由度参数固定不变而无法自适应调整的问题,以容积卡尔曼滤波器为基础,选择Pearson Type VII 分布对厚尾噪声进行建模,将传统鲁棒滤波固定自由度参数的估计转化为Pearson Type VII 分布中可自适应调整的双自由度参数的估计,并通过 inverse Wishart和Gamma分布描述尺度矩阵、双自由度参数和辅助参数的先验分布,利用遗忘因子对各参数进行时间更新;基于变分贝叶斯理论,对系统状态、尺度矩阵、双自由度参数和辅助参数形成的联合后验概率密度函数进行变分迭代,实现对系统状态和未知厚尾噪声的联合估计.仿真结果表明,在不确定厚尾噪声条件下,本文算法的滤波精度高于传统鲁棒容积卡尔曼滤波.

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欠驱动水面船舶的自适应神经网络-滑模路径跟随控制

贺宏伟, 邹早建, 曾智华

2020,54 (9): 890-897.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.122

摘要 ( 939 )

HTML ( 21 )

PDF(1251KB) ( 520 )

针对欠驱动船舶的路径跟随问题,提出了一种综合神经网络和滑模控制的控制方法.采用视线(LOS)制导方法解决船舶欠驱动问题,并设计了关于漂角的自适应状态观测器,将预测的漂角引入LOS以补偿漂角引起的稳态横向偏差;使用滑模控制方法实现航向控制,并用神经网络处理控制模型的不确定性问题;应用Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性,同时通过对比仿真试验结果,验证了本文所提出控制器的有效性.

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单输入单输出系统离散积分滑模预测控制

刘邱, 赵东亚

2020,54 (9): 898-903.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.169

摘要 ( 938 )

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PDF(589KB) ( 458 )

基于离散滑模控制理论和模型预测控制理论,针对一类带有外界干扰的单输入单输出控制系统提出了一种离散时间积分滑模预测控制算法.该控制算法结合了滑模控制和预测控制的优点,利用积分滑模降低了干扰对系统的影响,保证了系统的整体鲁棒性.并且该控制算法具有预测控制不需要严格的模型形式以及对系统输出进行滚动优化的特点,从而降低了控制器对系统模型的要求,增强了其控制性能.最后通过稳定性分析以及MATLAB软件仿真验证了该控制算法的有效性.

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基于高斯过程回归的车辆巡航系统学习预测控制

何德峰, 彭彬彬, 顾煜佳, 余世明

2020,54 (9): 904-909.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.173

摘要 ( 1168 )

HTML ( 27 )

PDF(853KB) ( 519 )

针对自动巡航系统中前车加速度预测问题,以及为满足人们对车辆安全性、舒适性和经济性要求,提出一种基于高斯过程回归的车辆自动巡航系统学习预测控制策略.先用高斯过程回归法对前车加速度做学习建模,再结合车间运动学模型定义车辆自动巡航系统预测模型.进而,通过在线滚动优化车辆自动巡航系统安全性、舒适性和经济性综合指标,建立车辆自动巡航系统学习预测控制器.最后,通过CarSim/Simulink联合仿真平台,将本方法的加减速典型驾驶工况与传统预测巡航控制策略下的驾驶工况对比验证.结果表明:与传统控制策略相比,本文方法更具有效性和优越性.

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拒绝服务攻击下信息物理系统事件触发广义预测控制

王志文, 刘伟

2020,54 (9): 910-915.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.168

摘要 ( 962 )

HTML ( 11 )

PDF(901KB) ( 326 )

针对传感器到控制器通信信道上存在拒绝服务(DoS)攻击的信息物理系统的安全问题进行研究.首先,基于系统的定周期采样策略,设计了事件触发的通信策略,以减少通信资源的占用.同时,为降低DoS攻击给系统带来的不良影响,提出了一种基于预测控制的数据补偿方法,在控制器节点中,通过成功接收到的历史状态信息得到系统受攻击导致状态信息丢失情况下的状态预测值,并给出控制器反馈增益的表达式.随后,提出了事件触发预测控制下的系统闭环模型,分析了系统闭环稳定的充分条件.最后,通过仿真实例证明了该方法的有效性.

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城市污水处理过程出水氨氮优化控制

韩红桂, 杨士恒, 张璐, 乔俊飞

2020,54 (9): 916-923.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.170

摘要 ( 868 )

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PDF(940KB) ( 301 )

为了改善城市污水处理过程出水氨氮的处理效果,提出一种城市污水处理过程出水氨氮优化控制方法.首先,基于机理特性分析影响出水氨氮浓度的性能指标,建立一种基于自适应核函数的性能指标与控制变量的关联模型,并通过粒子群优化算法获取控制变量溶解氧浓度的优化设定值;其次,设计自适应模糊神经网络控制器,完成溶解氧浓度优化设定值的跟踪控制;最后,将出水氨氮优化控制方法应用于基准仿真平台BSM1.实验结果表明,该优化控制方法不仅提高了出水氨氮的去除效果,而且有效降低了能耗.

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基于径向点插值方法的柔性螺旋桨气动弹性模拟

张宇, 王晓亮

2020,54 (9): 924-934.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.308

摘要 ( 885 )

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PDF(5605KB) ( 277 )

为研究柔性螺旋桨的气动弹性效应和推进性能,以成熟的计算流体力学和计算固体力学软件为平台,建立径向点插值方法(RPIM)以完成网格节点的位移传递,由虚位移原理辅助完成载荷传递的螺旋桨气动弹性分析框架.该方法可以避免生成奇异的插值矩阵,具有数值稳定性,适用于任意分布的节点,且能保证在数据传递过程中不发生能量损耗.流场网格更新通过Delaunay映射方法实现.研究结果表明:在所设置的工况中,桨叶沿来流方向的最大变形量可达桨叶半径的9.4%,旋转平面内的变形量约为来流方向上的52.1%;变形会使螺旋桨的迎风面受到更大的正压力,进而导致柔性螺旋桨产生比刚性螺旋桨更高的推力和扭矩,其最大改变量分别为7.2%和9.9%;气动弹性效应基本不会对推进效率产生影响.综上,在螺旋桨处于大推力、低速工况下时,气动弹性效应对推进性能有较大的影响,能够在基本维持原有效率不变的情况下提高推力.

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考虑加工公差的叶片对压气机气动性能的影响

庄皓琬, 滕金芳, 朱铭敏, 羌晓青

2020,54 (9): 935-942.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.150

摘要 ( 958 )

HTML ( 12 )

PDF(1382KB) ( 433 )

为了量化轴流压气机叶片几何多种类加工公差对气动性能的综合影响,采用多种类几何加工公差的叶片三维模型构造方法,在设计点工况下,对压气机级样本进行三维计算流体力学数值模拟,并对样本叶片计算结果进行不确定性量化和敏感性分析.选择效率最高和最低的两个典型叶片几何误差案例,研究几何误差对出口流场的影响.结果表明:当压气机级处于设计工作状态时,全部位置度、扭转度和轮廓度公差范围内的叶片几何加工误差对样本叶片的质量流量、总压比、等熵效率、轴向推力和转矩等气动性能参数的平均影响可以忽略;转子叶片转矩的相对变化最大范围为-2.90%~2.30%.压气机级的质量流量和总压比对转子叶片各截面的扭转度公差敏感性最强,等熵效率则由转子叶片叶中截面扭转度、轴向位置度以及叶根截面的轴、周向位置度决定.几何误差的综合作用导致两案例转子叶片的等熵效率较原型的最大相对误差分别为+0.31%和-0.46%.转子叶片出口截面的径向相对总压损失和出口熵云图分布显示,典型几何误差对叶片通道内气流的流通和增压能力均有影响.

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舰载机无杆式牵引车横摆稳定性控制

戚基艳, 金嘉琦, 付景顺

2020,54 (9): 943-952.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.99.008

摘要 ( 1097 )

HTML ( 15 )

PDF(2596KB) ( 387 )

对舰载机无杆式牵引车的横摆稳定性控制进行深入的研究分析.考虑舰船横摇、纵摇和垂荡的耦合运动影响,建立轮毂电机驱动的舰载机无杆式牵引车时变非线性动力学模型.分别基于滑模变结构和自适应模糊比例积分微分(PID)控制理论获得横摆稳定性控制所需的补偿力矩,从而实现对理想参考模型的横摆角速度值的跟随.应用MATLAB/Simulink平台对两种控制方法进行仿真对比验证.仿真结果显示,所建立的动力学模型能够很好地反映舰载机牵引车的横摆运动特性.基于准滑动模态的滑模控制方法能够很好地控制牵引车的横摆角速度对理想模型的跟随,实现了对牵引车的稳定控制.在5级及以下海况的干扰下,能够保证系统响应迅速、稳健性高,有效地提高了舰载机无杆式牵引车的行驶稳定性.

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基于机器视觉和盲源分离的机械故障检测

彭聪, 刘彬, 周乾

2020,54 (9): 953-960.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.154

摘要 ( 947 )

HTML ( 23 )

PDF(2883KB) ( 461 )

为解决从复杂的信号环境下提取所需的信号,克服传统方式上信号获取与处理方法的不足和多源故障振动信号位置不确定等问题,针对机械转子的多源故障情况进行研究,提出一种基于机器视觉和盲源分离的旋转机械故障检测方法.首先介绍了基于机器视觉和盲源分离问题的数学原理,然后基于盲源信号分离方法和超定视觉盲源分离方法分析获取的高速视频,从而实现多源振动信号的分离与定位.最后,实验结果表明本文中提出的检测方法能够对旋转机械多源故障进行准确定位.该方法将机器视觉测量方法与盲源分离信号处理方法进行结合,实现了对多源故障有效分离识别.

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基于射击误差状态方程的高炮毁伤概率建模

王向民, 王军, 谢杰涛, 郭治

2020,54 (9): 961-966.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.156

摘要 ( 917 )

HTML ( 9 )

PDF(793KB) ( 427 )

针对高炮武器射击误差序列具有相关性时毁伤概率的计算问题,提出了基于射击误差状态方程的高炮毁伤概率递推计算模型.该模型利用满足高斯过程的射击误差序列构建了状态方程,将射击误差中的弱相关误差源分解为可预测误差和不可预测误差,并利用预测系数表示误差序列的相关性.根据状态估计递推理论,给出了各发弹药的射击误差具有相关性条件下的高炮毁伤概率计算式.仿真实验表明,当射击误差序列为1阶自相关平稳序列时,与包括国家军用标准在内的毁伤概率计算方法的结果基本相同.但当射击误差序列为高阶自相关平稳序列时,文中提出的递推计算模型具有更高的准确性.

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基于Wirtinger型积分不等式的线性时滞广义系统稳定性准则

朱金梁, 王婷, 李涛

2020,54 (9): 967-972.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.147

摘要 ( 948 )

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PDF(584KB) ( 341 )

为研究线性时滞广义系统的渐近稳定性问题,利用时滞分割法均匀分割时滞区间,构造包含多重积分的Lyapunov-Krasovskii泛函以充分利用各子区间的时滞信息,并利用改进的Wirtinger型积分不等式估计泛函导函数的更紧上界,进而建立判定系统渐近稳定的时滞相关充分条件.最后,通过对比3个数值算例的仿真结果,证明了方法的有效性和先进性.

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基于鸽群层级交互的有人/无人机集群一致性控制

赵建霞, 段海滨, 赵彦杰, 范彦铭, 魏晨

2020,54 (9): 973-980.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.146

摘要 ( 1300 )

HTML ( 27 )

PDF(1773KB) ( 517 )

有人/无人机共融集群中的有人机可弥补无人机在复杂环境中能力的不足.利用鸽群层级交互机制能够高效传递信息的特点,提出一种有人/无人机集群一致性控制方法.根据动力学约束与人类行为特点,建立无人机动力学模型和多通道的有人机操作员模型.在此基础上,通过鸽群层级交互机制构建集群系统的层级交互网络:有人机对等级较高的无人机发送指令,并通过层级网络影响整个无人机群体.设计可节约资源的自适应牵制控制策略,实现有人/无人机集群运动状态的一致性.此外,对系统稳定性进行简要分析.仿真结果验证了方法的有效性.

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非仿射纯反馈非线性切换系统自适应控制

陈龙胜, 王琦, 何国毅

2020,54 (9): 981-986.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.137

摘要 ( 1059 )

HTML ( 8 )

PDF(697KB) ( 242 )

针对一类单输入单输出的非仿射纯反馈非线性切换系统,研究了一种在任意切换下的自适应控制策略.首先,引入中值定理处理系统的非仿射特性问题,并利用径向基函数神经网络逼近系统的未知非线性动态.然后,采用 Nussbaum函数处理系统控制增益未知的问题,且在反演设计的每一步引入低通滤波器以解决“微分爆炸”问题.最后,基于共同Lyapunov函数设计状态反馈控制器,并分析闭环系统的稳定性.所设计的控制器避免了切换发生时控制参数跳变和调节参数过多的问题,减少了计算负荷,可以保证闭环系统所有信号半全局一致有界,且跟踪误差可收敛到原点的一个较小邻域.仿真结果验证了控制策略的有效性.

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基于航向约束的无人艇位姿保持制导策略

李朋博, 苑明哲, 肖金超, 熊俊峰

2020,54 (9): 987-993.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.148

摘要 ( 929 )

HTML ( 18 )

PDF(1163KB) ( 339 )

针对欠驱动无人艇位姿保持控制中无法同时兼顾位置和首向角约束的问题,提出了基于航向约束的位姿保持制导策略.首先建立了以无人艇期望位姿为原点的固定坐标系,并将坐标系划分为3个区域:可到达区域A、B和不可到达区域C.在可到达区域内无人艇可依靠前向运动和转首运动回到期望位姿,避免因无法直接产生侧向运动导致首向角变化过大的问题.其次在不同的区域执行不同的制导策略,在制导过程中严格约束无人艇期望航向.最后由制导策略生成的期望速度和期望航向,经由控制器生成执行量,无人艇快速回到期望位姿.基于航向约束的位姿保持制导策略将航向约束由内环控制纳入外环制导,无人艇在不同区域执行不同的制导策略,生成的位姿期望与内环控制相结合,实现了无人艇的位姿保持.外环制导和内环控制约束相结合以兼顾无人艇欠驱动特性,同时简化了控制器设计.仿真实验证明了该制导策略的可行性和有效性.

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森林环境下的无人直升机安全飞行控制

梅蓉

2020,54 (9): 994-999.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.155

摘要 ( 801 )

HTML ( 8 )

PDF(851KB) ( 173 )

针对森林环境下受扰无人直升机的高度和姿态约束控制问题,提出了一种安全跟踪滑模飞行控制方法.为了使无人直升机躲避树木高度威胁并保持期望的飞行姿态,考虑无人直升机的高度和姿态约束,利用误差性能转换函数方法对约束进行处理.基于回馈递推方法和滑模控制方法设计了无人直升机的鲁棒跟踪控制方法,并采用李雅普诺夫稳定性分析方法证明了所有闭环系统信号的收敛性.仿真结果验证了所设计安全滑模飞行控制方法的有效性.

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基于目标流量拟合的微型燃烧室流量分配设计方法

王伟, 李奥特, 于军力

2020,54 (9): 1000-1006.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.145

摘要 ( 754 )

HTML ( 7 )

PDF(1093KB) ( 387 )

通过改变射流孔的布置调节燃烧室的流量分配是提高燃烧室燃烧性能的重要设计方法.为了降低燃烧室流量分配设计时总结各射流孔流量规律所需的仿真计算成本,根据在研的微型燃烧室几何模型和初次仿真结果建立了燃烧室流量-压力数学模型,提出用计算替代大量仿真获取射流孔当地流量规律的流量放缩拟合法,并进一步根据燃烧室流量-压力数学模型和射流孔当地流量规律设计得到满足目标流量分配要求的射流孔布置方案.结果表明:在初始算例流量分配误差较大的情况下,仅需两次设计计算流程即可以将燃烧室各排射流孔流量与目标流量的相对误差减小到5% 以下.与传统方法相比,该方法总结射流孔当地流量规律所需的数据量小,且考虑了燃烧室整体几何因素对横向射流的影响.

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