关键词： 非线性切换多智能体   自适应一致性跟踪控制   神经网络   事件触发机制   未建模动态  

摘要： 由于多智能体系统在机器人协作控制、无人机编队控制等领域广泛应用，其已成为控制领域学者们的关注热点。另一方面，切换系统可以用来建模各种实际的或人工的动态系统，其控制问题的研究也具有重要的理论价值。同时，未建模动态、非严格反馈结构以及不确定性广泛存在于各种实际的非线性系统中，因此如何处理这几种动态特性极具挑战。基于上述讨论，本文针对两类切换非线性多智能体系统，根据其拓扑结构并结合切换系统相关理论，考虑实际工程中大量存在的未建模动态问题，通过结合backstepping方法和径向基函数神经网络(RBF NNs)，分别设计了自适应一致性跟踪控制器和事件触发包含控制器，从而保证了闭环系统的稳定性。本文的主要内容如下：　　(1)针对一类带有未建模动态的非严格反馈非线性切换多智能体系统，提出了一种基于神经网络的自适应一致性跟踪控制方案。首先，利用动态信号解决了由于未建模动态特性引发的设计困难。其次，在自适应一致性跟踪控制方案设计的过程中，结合RBF NNs对系统中的未知非线性函数进行估计。针对切换系统的稳定性，本文利用backstepping方法为多智能体子系统找到了一个公共李雅普诺夫函数(CLF)。结合CLF稳定性的相关理论与自适应技术，证明了在所提出的控制方案下闭环系统所有信号都是有界的，并且跟踪误差收敛到原点的小邻域内。最后，针对一个实际模型给出了仿真结果，验证了所提出控制方案的实用性和有效性。　　(2)针对一类带有未建模动态的非严格反馈非线性切换多智能体系统，提出了一种基于事件触发机制的自适应包含控制方案。首先，利用RBF NNs的逼近能力解决了多智能体系统中非线性函数完全未知的困难，并且引入动态信号解决了未建模动态给控制设计带来的障碍。然后，构造基于相对阈值事件触发机制的自适应控制器，避免了对控制器的实时采样，从而节约了通信资源。为了实现所有跟随者的输出包含在领导者形成的凸包内，在backstepping中设计了一个包含控制相关的坐标变换。理论结果表明，该控制策略能保证整个闭环多智能体系统的稳定性，并且跟随者的输出最终进入由领导者的输出所形成的凸包内。最后，针对一个数值例子给出了仿真结果，验证了所提出控制方案的可靠性和有效性。　　综上所述，本文针对带未建模动态的非严格反馈非线性切换多智能体系统提出了两种有效的控制策略。需要指出的是，对切换多智能体系统相关控制问题的研究还处于初步阶段，许多相关问题值得进一步探索，比如具有时滞的切换多智能体系统的智能控制问题、具有约束的切换多智能体系统的智能控制问题等。

关键词： 孤岛交直流混合微电网   储能   频率电压补偿   互联变换器   自抗扰控制器  

摘要： 交直流混合微电网在发电效率、能源利用率、系统完备性等方面较于单一交流或直流微电网更加有优势,但是由于各种分布式电源的不断接入导致微网系统缺少惯性的支撑,其频率、电压稳定性不足等问题也就越来越严重。针对此类问题,国内外众多学者利用储能系统快速灵活控制与微网互联变换器平衡网间功率的特点,在减少能源流失的同时,增强了微电网的动态稳定性。本文首先介绍了论文的研究背景与意义,简述了交直流混合微电网内部储能与互联变换器的相关控制方法在国内外的研究现状,随后介绍了混合微电网与微源的模型结构及控制策略。其次,针对微电网交直流两侧的储能研究了一种频率多区域补偿性与母线电压补偿性下垂控制策略。提出一种以母线电压、电池电压和储能荷电状态优先级顺序控制储能的运行状态,并且设置了连续且变化趋势不同的改进下垂系数。其中,交流侧储能采用P-F下垂控制,设置频率死区与频率偏移量分区调整参考有功功率;直流侧储能采用U-I下垂控制,引入虚拟电阻并设置电压偏差量动态调整母线电压,在MATLAB/Simulink仿真软件中验证其动态调节能力。然后,针对交直流混合微电网中的传统微网互联变换器功率流动不平衡且响应速度慢的问题,采用归一化功率外环与二阶自抗扰控制器替代传统互联变换器电流内环。其中,功率外环采用系统频率与母线电压归一化思想的双下垂控制,从而提升了混合微电网功率流动的响应速度及抗干扰能力。最后,在MATLAB/Simulink环境下建立风电、光伏、储能、负荷的交直流混合微电网仿真模型,验证所提策略的有效性。结果表明,所提策略在应对分布式电源出力变化、负荷变化、单侧储能无法工作的情况下,保证了频率与电压稳定的同时,加快了系统的响应速度,提升了混合微电网的动态性能。

关键词： 燃气-蒸汽联合循环发电站   模型预测控制   鲁棒控制  

摘要： 燃气-蒸汽联合循环发电站（Gas-SteamCombinedCyclePowerPlant，CCPP）主要由燃气轮机、余热锅炉、汽轮机等设备构成，以实现热能的高效转换和利用，其具有启动快、调节灵活、高效低耗等优点，在电网调峰中起到举足轻重的作用。近年来，工业智能化技术为CCPP高效变负荷控制带来了新的机遇。然而智能控制技术在实现CCPP变负荷控制过程中仍然面临巨大的挑战。如何设计不同类型预测控制器实现CCPP安全、高效和稳定运行仍然是当前智能化控制领域的挑战性问题。　　本文以CCPP机组为研究对象，针对燃气轮机转速无偏控制、余热锅炉鲁棒控制和CCPP系统经济控制问题，设计了不同类型预测控制器以实现CCPP高效变负荷控制，并以国内某电厂CCPP的实际运行数据进行验证。具体内容如下：　　针对燃气轮机转速高精度控制问题，提出一种基于强化学习的燃气轮机转速无偏预测控制方法。采用线性变参数方法建立燃气轮机多工况模型，并设计基于卡尔曼观测器的燃气轮机无偏预测控制器以提升燃气轮机控制精度，利用强化学习方法依据扰动类型动态更新控制器参数以增强控制系统适应性。　　针对余热锅炉汽水系统的抗扰控制问题，提出一种余热锅炉汽水系统鲁棒预测跟踪控制方法，采用子空间辨识方法对余热锅炉进行多工况建模，并给出一种鲁棒控制方法提升系统的抗干扰能力和快速收敛性能;在此基础上，采用预测控制方法实现汽水系统液位的跟踪控制。　　针对CCPP机组的经济运行优化问题，提出一种基于多目标优化的区间预测控制方法。考虑机组经济和能效等不同目标函数，并结合机组工艺的耦合性，建立CCPP机组经济优化控制模型，并通过第二代非支配排序遗传算法多目标优化求解最优输出以减少运行成本和提高能源转化效率。　　基于国内某电厂CCPP的实际运行数据，对上述提出的不同类型预测控制策略进行仿真实验验证。实验结果表明，本文提出的预测控制策略较传统控制策略具有更优性能。

关键词： 非线性系统   有限时间   输入时滞   状态时滞   自适应控制  

摘要： 对非线性系统而言,因常受到外部干扰以及自身故障的影响,使得对其设计有效控制器较线性系统更困难。此外,由于非线性系统及其环境的复杂性,导致系统表现出时滞特点,使系统的稳定性深受影响,且常规的渐进稳定控制有时难以满足实际系统的控制要求,适时引入有限时间控制方法来解决此类问题,具有很好的现实意义。基于此,本文将针对包含时滞的非线性系统为被控对象,结合有限时间控制、模糊逻辑控制、反步控制以及李雅普诺夫稳定性理论等,对系统的自适应控制问题和系统稳定性进行详细研究。主要工作及创新如下:(1)针对包含输入时滞的非线性系统,提出了一种自适应控制方法,解决其有限时间跟踪控制问题。首先,使用Pade拟合技术减少输入时滞的干扰,并引入补偿系统保证系统可靠性分析的准确性和控制结果的保守度;其次,引入模糊逻辑控制近似未知函数;最后,针对该系统给出了一种自适应控制策略,以保证系统的有限时间稳定,而且使得闭环信号具有半全局有限时间稳定性。(2)针对一类带有未知状态时滞和执行机构的非线性系统跟踪控制问题,提出了一种有限时间自适应容错控制方法。首先,应用有限覆盖引理和模糊逻辑系统处理了包含状态时滞的非线性函数;其次,基于反步控制法构造了一个自适应容错控制器对执行机构故障进行补偿;最后,通过有限时间稳定性定理分析了系统的稳定性,证明了所提出的控制方法在系统存在执行器故障的情况下,能够在有限时间内稳定,且所有闭环系统信号是半全局有限时间稳定的。(3)为了验证上述所提控制方法的有效性,以包含输入及状态时滞的严格反馈非线性系统为例,进行了仿真实验。实验结果表明在有限时间内系统的输出信号有着良好的跟踪性能,并且跟踪误差被控制在原点附近的邻域内。同时,将有限时间稳定控制方法与Lyapunov渐进稳定控制方法进行了对比实验,结果表明前者的控制效果优于后者。

关键词： 运载火箭控制设计   不确定性量化分析   制导与控制一体化   鲁棒控制   干扰观测  

摘要： 我国大型运载火箭经过60多年的发展,取得了举世瞩目的成绩,实现了从常温推进到低温推进、从串联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发射载人飞船、从近地轨道到深空探测的跨越。当前长征系列运载火箭型谱已基本完善,有力支撑了载人航天、月球探测、北斗导航系统、火星探测等重大工程实施,满足了我国发展需求,进一步夯实了航天大国的地位。站在我国运载火箭“从全到强”的历史节点上,航天强国建设赋予了航天运载更大的使命要求,传统的设计方式难以实现我国运载火箭当前高质量、高效率、高效益的要求,开展大型运载火箭精细化设计研究,提升我国液体运载火箭总体设计水平,是我国运载火箭性能提升所面临的重要课题。本论文以我国某大型运载火箭为研究对象,从控制设计角度,为提升对运载火箭飞行过程面临的各类偏差以及各类不确定性的认识,开展运载火箭动力学精细化建模研究,包括考虑弹振晃耦合的运载火箭动力学精细化建模以及飞行过程中不确定性精细化建模;在此基础上,分别结合助推段和入轨段两个飞行阶段的特点,提出制导与控制一体化设计框架并开展鲁棒控制技术研究,为实现新一代大型运载火箭运载效率提升探索新的技术途径。本文完成的主要工作包括以下几个方面:1、开展面向控制设计的运载火箭精细化建模。首先,针对运载火箭的助推段和入轨段,分别建立考虑箭体弹振晃耦合特性的六自由度非线性动力学模型。相比于传统小扰动线性化模型,该模型涵盖了制导与控制回路的耦合项,俯仰偏航滚转三通道的耦合项以及非线性项等,模型结构与实际模型更加接近。其次,针对运载火箭箭体弹性振动与液体推进剂晃动的动力学特性,考虑二者的耦合激励,建立弹性振动-推进剂晃动耦合动力学模型。该模型不仅涵盖箭体振动和推进剂晃动的频率和阻尼比信息,还包含二者耦合激励信息,模型精细化程度更高。第三,针对飞行过程中运载火箭箭体参数、模型偏差和外界环境等多源不确定性,结合解析法和区间法建立精细化的不确定性模型,并基于改进的区间摄动法开展量化与影响分析,充分认识各类不确定性特性,为后续针对性地开展鲁棒控制设计提供依据。2、针对运载火箭助推段开展鲁棒控制设计。首先,考虑助推段控制模型的级联特点以及存在的芯级/助推发动机最大摆角等约束,基于反步设计思想建立助推段制导与控制一体化设计框架。其次,考虑到助推段主要不确定性在制导回路中呈现同质特性,设计扩张状态观测器进行集总观测并补偿;而主要不确定性在姿态回路中呈现出多源异质特性,融合有模型弹性振动-晃动观测器技术以及扩张状态观测器技术,构建复合分层抗干扰观测器对干扰力矩进行分层观测并补偿。最后,在Lyapunov框架下,基于LMI理论进行观测器参数设计以及闭环控制系统稳定性证明。3、针对运载火箭入轨段开展鲁棒控制设计。首先,考虑入轨段控制模型的级联特点以及存在的芯级发动机最大摆角等约束,基于反步设计思想建立入轨段制导与控制一体化设计框架。其次,考虑到入轨段主要不确定性呈现同质特性,设计有限时间干扰观测器,分别对干扰力和干扰力矩进行观测并补偿。而且,在Lyapunov框架下证明闭环控制系统的稳定性。第三,为进一步提升有限时间干扰观测器的观测精度,设计基于自适应RBF神经网络的干扰观测器对干扰力矩进行观测并补偿。并在Lyapunov框架下,证明了闭环控制系统的稳定性。4、将上述控制设计方法结合我国某大型运载火箭的助推飞行轨迹与入轨轨道进行仿真分析。通过仿真,证明了本文提出的控制设计方法的有效性,也表明了本文提出的控制设计方法可从入轨精度提升和对伺服机构需求余量释放等方面一定程度实现运载火箭的性能提升。

关键词： 四旋翼无人机   轨迹跟踪   变质量   自适应控制   滑模控制  

摘要： 四旋翼无人机因其具备机动灵活、可操控性强、性能好等特点,可替代人们进行危险繁重的工作,在各个领域都得到广泛的应用,成为近年来社会、学者们的研究热点。由于在实际环境飞行中,四旋翼无人机往往会遇到各种各样的不确定因素,因此获得精确的动力学模型变得困难。此外,在四旋翼无人机轨迹跟踪中,由于其系统是一个非线性、欠驱动系统,并且存在未知干扰、变质量和执行器故障等问题,所以四旋翼无人机轨迹跟踪改进研究是一个研究热点和难点。针对以上问题,本文对复杂环境下如何提高四旋翼无人机轨迹跟踪性能问题展开研究,主要内容如下:(1)基于牛顿-欧拉方程,建立了四旋翼无人机动力学模型。首先,分析概述四旋翼无人机两种参考坐标系,并建立起两种坐标系之间的联系,同时阐述飞行原理。其次,分析四旋翼无人机的干扰来源,考虑空气阻力、陀螺仪力矩,并将外部扰动和模型不确定性统一为总扰动,推导出基于扰动的无人机动力学模型。最后,考虑到四旋翼无人机具有欠驱动的特点,为保证控制精度采用双闭环控制方法。(2)针对四旋翼无人机在飞行过程中受到外界扰动以及可能存在的参数不确定性等因素的影响,提出了一种基于干扰观测器的反步滑模控制器设计。首先,为对干扰进行估计,提高抗干扰能力,设计了一种非线性干扰观测器。其次,为增强鲁棒性,设计了基于干扰观测器的闭环控制系统;采用基于滑模控制的反步法设计位置子系统和姿态子系统控制器,并设计Lyapunov函数证明整体系统的稳定。最后,通过MATLAB进行仿真,结果验证所提出控制方案具有良好的稳定性。(3)针对四旋翼无人机系统,考虑质量变化和执行器故障问题,提出了一种基于双闭环的复合控制器设计方案。首先,针对四旋翼无人机故障,设计一种自适应故障观测器对突发故障进行估计。其次,采用内外环控制方案实现位置环和姿态环的解耦,并通过自适应估计算法实现变质量估计;针对位置子系统质量变化问题,设计一种自适应反步滑模控制器;针对姿态子系统突发故障问题,设计一种积分反步滑模控制器。最后,通过仿真验证了所设计的自适应律能够很好追踪质量和故障;复合控制器设计方案使四旋翼无人机稳定跟踪期望位置,并与现有的滑模控制比较,仿真结果表明该方法具备更好地跟踪性能和稳定性。(4)通过四旋翼无人机实验平台对算法可行性进行验证。首先,对四旋翼无人机的基本组成进行介绍。其次,对实验平台搭建及实验平台各子系统进行重点介绍,并通过配置控制系统确保四旋翼无人机通讯连接。最后,编写飞控程序使其在实验环境下飞行,并将第四章提出的复合控制器设计方案同传统算法进行比对,实验结果证明所设计算法的优越性。

关键词： 无人值守工作面   智能控制   液压支架电液控制系统   采煤机定位   位姿感知   直线度校正  

摘要： 采煤机、液压支架、刮板输送机三大工作面关键装备的智能化控制方法是实现建设智能化无人值守工作面和综采装备控制智能化目标的必要条件。其中,液压支架电液控制系统是联系采煤机和刮板输送机的纽带,其智能控制方法对于实现综采工作面自动化作业至关重要。然而,现有的智能感知技术、智能控制方法和智能校正策略都无法满足综采工作面自动化作业的需求,尤其是采煤机精确定位、液压支架位姿监测监控、刮板输送机直线度校正方法直接制约着无人值守工作面自动化生产的发展。为此,本文针对上述这些瓶颈问题,对相应的智能感知和智能控制方法进行集中攻关,这对于提高煤矿无人值守工作面智能化水平、改进生产效率、提升开采安全性,具有重要理论价值和重大现实意义。本文以无人值守工作面“三机”为研究对象,以解决工作面关键装备智能控制的核心问题、提高智能感知和智能控制精度为研究目标,通过建立惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)传感网络、分析误差来源和特点、设计和优化滤波器,对采煤机精确定位方法、液压支架位姿精确感知和控制方法、刮板输送机直线度感知校正方法以及控制方法的验证试验平台进行了系统研究。具体研究内容如下:采煤机定位易受解算误差和累计误差影响造成精度下降。根据这一状况,本文通过建立捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)定位过程中的误差传播模型,实现了对采煤机定位误差的计算和预测,并以此为依据设计了基于非完整约束条件(Non-Holonomic Constraints,NHC)的卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)算法和基于自适应卡尔曼滤波(Adaptive Kalman Filter,AKF)的双捷联惯导组合定位方法,分别对系统初始解算算法误差和定位累计误差进行了抑制,使系统长时间工作时始终获得较高定位精度。仿真研究表明,本文方法可以降低捷联惯导采煤机定位误差50%以上,最大降低了85%;系统经长时间运动、多次变轨和受扰动后,定位结果与采煤机实际轨迹误差保持在0.08m以下,表现出良好的轨迹跟踪能力和定位精度。液压支架位姿感知精度易受环境噪声和随机噪声干扰,影响其自动控制,影响矿井的生产效率和安全。针对这一问题,本文融合了液压支架位姿直接测量原理和运动学间接分析原理,设计了液压支架支护姿态和高度的感知解算模型,基于模型分析了误差来源和误差特点,继而提出了基于改进梯度下降算法(Improved Gradient Descent,IGD)的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)支护姿态精确感知方法和基于改进梯度下降算法的卡尔曼滤波(IGD-KF)支护高度精确感知方法,有效抑制和修正姿态角、支护高度解算误差,提高感知精度。通过仿真,证明了上述方法能够实现液压支架支护姿态和支护高度的精确感知,俯仰角感知最大误差1.53°,高度最大误差6.86mm,相比于常用方法误差降低15%以上。“三直一平”是保证无人值守工作面自动化生产的先决条件,然而刮板输送机直线度受控因素多,互为约束,存在非高斯噪声干扰等问题,严重影响直线度检测精度和中部槽推移控制精度。为此,本文研究了刮板输送机的结构组成和相互连接关系,建立了刮板输送机排列轨迹和直线度感知模型,分别分析了直线度感知和推移控制过程中的误差来源,然后提出了基于最大熵准则的卡尔曼滤波(Maximum Correntropy Criterion Kalman Filter,MCKF)算法并形成了刮板输送机直线度感知和校正方法,一方面提高位置感知精度,另一方面修正中部槽推移行程,减小推移误差对于刮板输送机直线度校正和轨迹跟踪的影响。仿真结果表明,经过100次推移,刮板输送机坐标感知误差最大为31mm,100次推移累计行程与理想推移行程之间的偏差为0.36m,实现了对刮板输送机排列轨迹精确感知和中部槽推移位移精确控制的双重效果。为了应用本文所提出的控制方法并验证其有效性,根据无人值守工作面采煤作业的技术需求、信息采集需求、通信传输需求和采煤工艺要求设计和研发了液压支架电液控制系统和工作面三机试验平台。针对智能化支架控制器高功耗需求,设计了具有高电源转化效率、低输出纹波的电源电路;为满足智能化系统中物联网和大数据对于高通信带宽的需求,设计了RS485/CAN总线双路通信系统电路,实现了高容错、低延迟的高速可靠通信。结合上述电液控制系统,本文设计并搭建了一套综采工作面“三机”运行模拟试验平台,在分析了关键设备机械机构和运动原理的基础上,实现了模拟液压支架的全液压驱动、刮板机中部槽连接关系完全还原和采煤机变频电牵引双向行走,最大程度模拟了设备间的实际约束关系和运行情况、满足了控制方法有效性检验需求。利用上述液压支架电液控制系

关键词： 新风系统   室内环境   智能控制   嵌入式系统   物联网  

摘要： 随着时代的发展，人们的室内办公与活动时间也越来越长，人们对生活环境质量提出了更高的要求。然而，由于如今室内空间自然通风性越来越差，多种用于室内建筑与装修的化工材料在日常使用中会产生大量的有毒气体TVOC(Total Votatile Organic Compound)，这会导致室内环境恶化，也严重危害人的生命健康。因此，可以为室内补充新鲜空气的新风系统越来越受到人们的关注。新风系统可将新鲜的空气送往室内，将室内污浊的空气派出室外，同时对经过的空气进行过滤、消毒、杀菌、加热等处理，降低屋内有毒气体的浓度，从而改善室内空气质量。　　本文将针对目前室内环境存在的问题，参考国家标准规定，分析该新风系统的功能需求与性能指标，优化了新风系统的方案，在流体力学基础上研究TVOC的浓度分布情况，并结合物联网技术和嵌入式技术从而提高新风系统的净化效果、实现智能控制和降低新风系统的功耗。　　本文以室内乒乓球馆为对象，利用FLUENT软件对新风系统运行过程中室内TVOC的变化情况进行分析。首先研究了流体力学的理论基础，分别说明了流体控制方程、常用湍流模型和求解算法的选择。分别创建室内乒乓球馆的三维物理模型、网格划分和边界条件，采取不同的措施以控制变量的方式对其进行仿真分析。措施选择的变量具体包括TVOC的空气质量、进风口的风速、数量、位置与排风口的数量，分析TVOC在室内的分布状况，让新风系统得到理想的净化效果。　　对新风系统的中央控制模块、数据采集模块、人机界面模块、无线通信模块进行选型。并结合实际功能需求，采用STM32F103VET6以核心的微处理器，使用温湿度传感器、风速传感器、空气质量传感为进行数据采集，使用矩阵键盘、显示屏、电机进行操控，通过蜂鸣器发出警报，使用无线通信模块通过MQTT协议在云服务器上进行无线通信。该系统可以收集数据采集模块所传输的数据，并通过无线通信模块转发到云平台上，实现数据的上报和订阅，从而完成对新风系统的远程监测和控制功能。创新性提出了节能控制电路与中断方式结合的方法切换嵌入式系统工作模式，降低整个系统的功耗。　　实验结果表明：本文利用嵌入式系统和物联网技术完成了智能新风系统监控和管理设计，系统具备温湿度监测、有害气体监测、风速监测、阈值报警、无线通信、终端显示、智能控制等功能。优化嵌入式系统的工作模式，嵌入式系统在正常工作下电源电流为0.85A，在停止模式下电源电流为0.4mA，满足了系统低功耗需求。并通过数值模拟方法，合理设置新风机进风口的风速、数量和位置从而改善室内空气的质量。仿真显示室内TVOC的质量分数基本低于0.000000386，相当于TVOC浓度低于0.50mg/m3，符合国家标准规定。

关键词： 低渗透油井   抽油机冲次   间抽   BP神经网络   粒子群优化算法  

摘要： 目前我国大部分油田已经进入开采的中后期,多数油井处于低渗透甚至超低渗透状态,导致抽油机的工作状态与油井的供液能力不匹配,造成了极大的电能浪费。据统计,抽油机的无效耗电量可达抽油系统总耗电量的30%。因此,提高抽油机工作效率对油田生产极为重要。为此,本文根据油井沉没度变化状况对油井状态和类型进行划分,进而对抽油控制方法进行研究。主要研究内容如下:(1)油井状态分析。通过对油井沉没度综合模型进行分析,将油井划分为四种类型:满抽类型、过渡类型、非满抽类型和停抽类型,及两种状态:满抽状态和非满抽状态,并对油井类型和状态转换进行了详细分析。针对油井状态对抽油控制进行了分析,包括连续采油时抽油速度的控制和间抽采油时停抽时长的调整。(2)抽油速度控制方法研究。通过分析单井生产时的收益组成,结合抽油机在工作时电机功率和产液量的关系,在得到关于抽油机冲次的收益模型基础上,分析泵效与沉没度的拟合关系,进而建立沉没度与抽油机冲次关系模型,以达到对抽油速度控制的目的。在对模型中的未知参数进行求解和拟合的基础上,对模型的精度进行验证。测试结果表明,该模型可根据油井当前沉没度,得到获取该井最大收益时的抽油机冲次。(3)间抽的停抽时长调整方法研究。首先提出利用预测产液量与标准产液量的比例调整间抽的停抽时长的方法。然后在研究产液量的影响因素、PSO优化算法和BP神经网络等相关理论知识的基础上,建立PSO-BP产液量预测模型。最后应用该模型的预测产液量对间抽的停抽时长做出相应的调整,并对调整后的电能耗费情况进行分析。分析结果表明,通过调整间抽的停抽时长,使间抽运行过程处于最佳状态。测试与实验结果表明,本文提出的抽油速度控制方法与间抽的停抽时长调整方法能有效控制抽油速度和确定合理的间抽停抽时长,达到收益最大化的目的。

关键词： 不确定非线性系统   多智能体系统   自适应控制   智能控制   量化控制   渐近跟踪   鲁棒控制  

摘要： 在控制领域,随着信息技术的飞速发展和社会需求的增加,跟踪控制和一致性控制得到了广泛的研究和应用。跟踪控制旨在使系统的输出与参考输入信号保持一致,适用于许多自动化控制领域,如机器人控制、工业自动化、航空航天等。一致性控制则是指对于具有多个输入和输出的复杂系统,要保持各个输入和输出之间的一致性和协调性,适用于诸如网络控制、卫星导航、智能交通等领域。本文利用自适应控制方法、反步法、模糊逻辑系统、神经网络以及非线性鲁棒控制方法,考虑了几类非线性系统的自适应跟踪控制问题。根据李雅普诺夫稳定性理论以及MATLAB仿真实验,证明了所设计的控制算法的可行性。文章的主要内容包括以下三个部分:(1)针对一类非线性非严格反馈系统,研究了具有输入量化的自适应模糊跟踪控制问题。在控制器中引入时变辅助信号和双曲正切函数,使得控制信号具有新的变换。此外,提出了一种新的自适应模糊控制方案,可以在量化参数未知的情况下,应用迟滞量化器来解决输入量化带来的影响。所提出的控制方法能够保证闭环系统中的所有信号有界并且跟踪误差可以渐近地收敛到零。(2)针对一类严格反馈形式的不确定多智能体系统,研究了一种鲁棒自适应一致跟踪问题。通过构造状态观测器并利用反步法,提出了一种分布式自适应神经量化控制方案来解决一致性跟踪问题。通过动态面技术解决反步法造成的“复杂性爆炸”问题。同时引入有限时间设计实现快速收敛。在切换机制下,神经网络设计和鲁棒技术协同工作,能够获得良好的跟踪性能。对于一个包含生成树的通信图,证明了所提出的控制器保证了闭环系统的所有信号都是半全局最终一致且有界的,并且一致性误差和观测误差收敛于原点的一个可调邻域。(3)针对一类异构非线性多智能体系统,提出了一种分布式动态补偿器来解决具有未知参数的自适应输出一致性问题。分布式动态补偿器将原始一致性问题转化为非线性系统的标准渐近跟踪问题,而不需要额外的稳定性条件。同时,在控制律中引入了一种新的具有未知扰动界估计和正时变积分函数的阻尼项,以抵消外部扰动的不稳定影响。采用改进的自适应反步法设计了一个中间控制律,同时在中间控制律中引入了一个具有未知界的阻尼项和一个正时变积分函数。此外,在控制律中引入一种新的光滑函数,基于第一步构造的中间控制律来消除量化的影响。最终证明了闭环系统中的所有信号都是全局一致有界的,并使所有智能体的输出都能够渐近地跟踪领导者信号。