关键词： 谣言传播模型   动力学   最优化控制   惩罚机制  

摘要： 随着互联网和通讯技术的快速发展,越来越多的人可以通过社交平台了解全球各地的信息.然而，这也为网络谣言的传播提供了平台.谣言是指未经认证的虚假信息，它的传播速度很快，传播范围广泛，并且部分谣言可能在较短时间内对国家，社会以及对人们的生活造成危害,产生恶劣影响.因此，研究谣言的传播机制具有重要意义. 本文主要分析在不同环境下谣言传播模型的动力学行为,其内容概述如下:　　在第一部分中，首先介绍谣言的传播特点以及谣言对人类和社会带来的严重影响.其次分别给出了单语言环境和多语言环境下谣言传播模型的研究现状.通过对研究现状的介绍与总结,给出本文的研究框架.　　在第二部分中，考虑到谣言传播受多方面因素影响，建立具有Holling-Ⅱ功能反应函数的 IASEWR(Ignorants-Super Spreader-Normal Spreader-Hesitant-Wise-Remover)谣言传播模型.首先,基于平均场理论提出IASEWR模型的动力学方程，并推导得出基本再生数(阈值)R0. 其次,通过构造Lyapunov函数,证明无谣言平衡点和谣言盛行平衡点的全局渐近稳定性.此外，为了减少谣言传播者的密度，利用Pontryagin最大值原理，提出一种抑制谣言传播最小化成本的实时优化方法，以在预期时间段内消除谣言且控制成本最少.最后,通过数值模拟来说明理论的有效性.　　在第三部分中,考虑谣言传播过程中可能会涉及多种语言，相同的信息会被翻译成多种不同的语言进行传播.同时，由于社交平台上出现各种各样的翻译软件，为不同语言之间的转换提供了平台，从而导致谣言信息在多语言环境下快速传播.此外,考虑到谣言传播过程中会产生时滞.故在多语言环境下建立具有惩罚机制和时滞的谣言传播模型.首先,通过分析平均场方程,推导得到模型的基本再生数R0.其次,基于Routh-Hurwitz准则，Lyapunov理论和LaSalle不变原理，讨论无谣言平衡点和谣言盛行平衡点的存在性与全局渐近稳定性.此外，为了最小化控制成本,提出带有惩罚机制的控制策略.最后,通过数值模拟来阐明理论结果的有效性与合理性.

关键词： 虚拟惯量   双馈风电机组   低频振荡   自适应控制  

摘要： 随着新能源技术的发展,电力电子装备对于电力系统的影响也越发显著。为改善由于电力电子集群并网导致的系统惯量调节能力降低等问题,虚拟惯量控制的引入成为提高电力系统稳定性不可替代的关键措施。但随着大规模的虚拟惯量控制的新能源电力电子集群并网,逆变器的控制可能会导致与其他并网机组发生机电耦合,改变系统的阻尼特性,诱发更为严重的低频振荡。针对上述问题,本文选用含虚拟惯量控制的双馈风电机组进行对系统低频振荡的研究,并提出了一种惯量和阻尼自适应调节的控制策略。本文的主要内容如下:针对双馈风力发电机系统的原理,对其基本结构及其运行原理进行了系统性分析,建立了风力发电机模型、发电机模型、轴系传动系统模型及桨距角模型等的数学模型,并在此基础上建立了双馈风电机组转子侧及定子侧变流器控制方式的数学模型。为了对低频振荡问题进行后续分析,需要对风电机组的动态模型进行适当的简化。解释了双馈风电机组的虚拟惯量控制中虚拟惯量参数的数学原理,并构建了其并入电力系统的模型,对基于虚拟惯量控制的双馈风电机组在系统中并网造成的动态响应进行观察分析,通过改变系统中虚拟惯量系数、风电渗透率、风速及是否参与调频等特性,观察系统在此情况下受到的扰动,筛选出能达到对系统稳定性的最优运行效果的参数。搭建合适的含虚拟惯量控制的风电机组并入两区四机电力系统的模型,制造小扰动造成系统低频振荡,通过总最小二乘子空间旋转不变性算法(TLS-ESPRIT)的方法对系统输出的功率振荡信号进行分析,在不同工况如风电机组直接并网、等容量替代同步发电机及不同并网位置等情况下研究区域间和区域内的功率振荡情况。通过对惯量和阻尼在虚拟惯量控制中的作用进行分析,结合转动惯量和阻尼系数两种参数的特点及影响,提出了一种自适应的虚拟惯量与阻尼控制策略,分析并整合了惯量和阻尼的选取原则,可以更加灵活地对系统的惯量和阻尼系数进行调节,减小功率波动带来的危害。同时通过仿真验证了文中所提方法相较于固定参数的传统虚拟惯量控制策略可以更好地抑制暂态过程中频率和有功功率的波动,并减少了暂态时间。

关键词： 随机非线性系统   障碍Lyapunov函数   事件触发机制   跟踪控制   输出反馈   自适应控制  

摘要： 在实际工程领域中,考虑到硬件因素以及人为需求等因素的影响,往往需要对系统的状态做出一定的约束,如何在满足约束条件下使得系统的动态性能得以保证显得尤为重要;除此之外,在现实中系统难免会遭遇随机噪声,考虑随机噪声对系统的影响并设计相对应的控制策略具有重要意义;同时,在网络化控制盛行的今天,事件触发控制凭借其显著减少控制器更新次数的特点,能够极大的提高通信资源利用效率。综合上述各点,本文以数字控制技术为背景,以一类输出/状态受限的随机非线性系统为研究对象,探索随机受限系统的事件触发机制设计和Lyapunov分析方法。主要研究内容如下:一,针对具有全状态受限的严格反馈非线性随机系统,提出了一种基于事件触发机制(ETM)的采样自适应跟踪控制方案。通过引入正切型随机障碍Lyapunov函数(SBLF)并结合反推设计方法,设计了一种自适应事件触发控制器。利用随机系统稳定性理论,证明了所有状态几乎必然不能违反其约束条件并且事件触发机制避免了Zeno行为。同时,闭环系统所有信号几乎必然有界,且跟踪误差在四阶矩意义上收敛于任意小的紧集。最后通过机械臂系统仿真验证了该控制方案的有效性。二、针对受未知参数影响的时变受限随机非线性系统,提出一种自适应动态事件触发的渐近跟踪控制方案。为了解决未知参数和状态约束的影响,采用时变受限条件相关的正切型随机障碍Lyapunov函数和反推设计方法,构造相对阈值型的动态事件触发控制器和自适应律。基于随机系统稳定性理论和随机芭芭拉引理,证明了闭环系统的所有信号几乎必然有界且系统状态几乎必然不能违反约束条件,跟踪误差几乎必然渐近趋于零,且所提出的事件触发机制几乎必然不发生Zeno行为。通过数值实例,验证了所提控制方案的有效性。三、针对系统状态未知的不确定随机受限非线性系统,提出一种自适应事件触发输出反馈跟踪控制策略。首先设计自适应全维状态观测器估计原系统的状态,然后引入对数型障碍Lyapunov函数(BLF)并结合反推设计方法,构造自适应律、绝对阈值型的事件触发机制以及控制器。基于随机Lyapunov稳定性理论,证明了观测器的收敛性,闭环系统在几乎必然意义下有界性,同时所有状态几乎必然不会违背约束条件,跟踪误差在四阶矩下趋于原点附近的任意小邻域。在此基础上,进一步探讨了传感器到控制器、控制器到执行器的双通道事件触发控制的设计和性能分析问题。最后,给出仿真案例来说明所提控制方案的有效性。

关键词： 液压风电   流固耦合   内外扰动   转速控制   功率控制  

摘要： 风能作为清洁可再生能源,是我国能源转型的重要支撑。而自然风存在随机性和间歇性,且风电机组系统长期工作内部参数易时变。因此,为提升风力发电输出电能质量,亟需明确风力机输出特性,提升内外扰动下机组有功功率控制性能。本文以储能式液压型风电机组为研究对象,对机组工作原理、控制需求进行分析,建立各部分数学建模及状态空间方程,便于后续分析和控制。风力机是能量转化的关键部件,为得到有功功率控制系统精准的控制指令,对AH-30 k W风力机特性研究,发现叶片材质对中小型风力机运行特性影响可忽略不计。风力机输出转矩受风影响存在较大波动和抖颤,需全面考虑多源扰动对机组控制性能的影响。利用实验数据与仿真计算相结合,修订的风力机转矩模型误差为5.6%,为有功功率控制提供了指令模型。并网转速控制为机组有功功率控制的前提,此过程经短暂控制即可实现并网,故无需关注内部变量对控制性能影响。提出模糊算法同传统控制相结合控制并网转速,对系统模型简化和稳定性分析,确定传统PID控制参数范围,加入模糊控制对PID进行在线主动调参,实现并网转速智能控制,为有功功率控制提供基础条件。为实现系统在内外扰动下有功功率控制,考虑有功功率控制为长期过程,此过程需观测内部变量对控制性能影响。提出滑模控制器和RBF神经网络相结合控制有功功率,对系统内外扰动进行自主识别和主动补偿,并引入储能子系统协助主传动系统进行有功功率快速精准控制,实现了机组有功功率智能控制。搭建30 k W液压型风力发电机组实验平台,验证了多源扰动下机组并网转速与有功功率主动控制策略的可行性和合理性。

关键词： 海洋工程   水下滑翔机   事件触发控制   自适应控制  

摘要： 为确保水下滑翔机俯仰姿态控制对模型不确定性及执行器故障的鲁棒性并降低控制能耗，提出一种基于事件触发的自适应容错俯仰控制算法。在反步控制的基础上，使用动态面技术避免对虚拟控制律求导；利用基于历史输入、输出数据的径向基神经网络对模型不确定项、环境扰动和执行器故障进行逼近与补偿；设计基于相对阈值的事件触发条件，避免控制律的连续更新，从而降低控制能耗。使用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的所有信号满足半全局一致最终有界。仿真实验结果表明，所设计的控制器在实现鲁棒性的前提下进一步节约了控制能耗和通信资源。

关键词： 控压钻井   递阶结构   非线性模型预测控制   非线性滚动时域估计  

摘要： 石油开采行业不断发展,石油勘察和开采工程逐渐向更为复杂恶劣的地层开展,钻井作业必须采用更加高质量高效率的方式进行。控压钻井作为主流钻井技术,被广泛应用于钻井工程,能有效提升钻井效率并降低安全事故的发生。随着钻井自动化程度的提高,钻井目标趋向于经济、安全和有效的统一,控压钻井技术将面临以下难题:控制过程过于依赖司钻经验,难以平衡对井底安全和钻井效率的把控;井下随钻测量数据存在延时,无法及时获取重要数据。为此,本文开展了面向控压钻井过程的非线性模型预测控制与估计方法的研究。首先,本文提出一种基于递阶结构的钻井系统闭环优化控制策略,在安全压力窗口内实现高效钻井。上层优化基于机械钻速稳态模型,以最优机械比能为优化目标,结合压力窗口等硬约束进行稳态优化,得到当前工况下的最优机械钻速、转速与井底钻压。下层动态控制将上层得到的转速与井底钻压作为优化设定值,并结合井底压力控制目标进行优化控制。结果表明,该控制策略在满足安全条件的情况下,能综合提升机械钻速与钻井效率,并实现钻井参数的自动优化。其次,本文基于井筒水力学模型,考虑到非线性模型预测控制对模型的依赖性,及数据传输延迟或数据缺失的情况,对基本的非线性滚动时域估计方法进行改进。利用已有测量数据估计环空的不可测参数,以此校正井筒水力学模型,同时估计井下状态,补全缺失的井下数据。结果表明,该估计方法在部分真实数据缺失的条件下,仍能实现对控制器内部模型的校正,保证对井底压力的精细控制。最后,基于研究的闭环优化控制系统与井参数和状态估计方法,分析控压钻井工程的各项需求,设计一个控压钻井系统仿真软件用于模拟实际钻井作业,便于及时修正控压钻井系统。结果表明,该软件能结合控制、优化和估计算法,实现对控压钻井过程的模拟,对改善国内控压钻井软件的研究现状具有一定意义。

关键词： 不确定非线性系统   自适应控制   智能控制   动态面控制   渐近跟踪  

摘要： 近年来,Backstepping(反步递推)方法在非线性控制理论和实践中都得到了广泛的应用。动态面控制技术是在经典Backstepping理论技术的基础上发展起来的一种有效的非线性控制设计方法。由于该技术不但具备Backstepping方法的优势并且能解决其固有的“复杂性爆炸”问题,因而不管是在理论还是应用研究中都备受重视。然而,基于现有动态面控制技术所提出的控制方案只能保证实现有界跟踪,即跟踪误差只能收敛到一个较小的邻域内,却无法实现零误差的精准跟踪。基于此,本文针对几类典型的不确定非线性系统,结合Backstepping理论、动态面技术和模糊逻辑,提出了一套自适应模糊动态面渐近跟踪控制方案,实现了系统对参考信号的精准跟踪,并给出了闭环系统的稳定性、收敛性和鲁棒性的理论证明。主要内容有以下三个方面:首先,考虑了一类具有非严格反馈结构的非线性分数阶系统的自适应模糊动态面渐近跟踪控制问题。由于非严格反馈系统中的非线性函数包含所有的状态,因此在控制器的设计过程中会产生代数环问题。首先利用模糊逻辑系统来处理未知的非线性,同时利用模糊基函数的单调性成功解决代数环问题。进而设计动态面控制算法,在Backstepping方法的每一步中加入的一阶滤波器可以极大地降低计算复杂度。本文所设计的控制方案可以在保证闭环系统的稳定性的同时实现跟踪误差的渐近收敛。最后,仿真结果验证了该控制方案的有效性。其次,针对具有未知强互联的分数阶非线性大系统,提出了一种事件触发机制下的自适应模糊动态面渐近跟踪控制方案。由于强互联项包含了整个互联系统的所有状态,因此设计方案更加困难。利用高斯函数的性质来处理未知的互联项和非线性函数,这不仅可以在很大程度上放松关于互联的附加假设,并且消除不确定性的影响。此外,建立了一种新的事件触发机制,相较于传统的时间触发方案更能节省通信资源。最后,通过一个仿真实例表明了本文所设计的控制方案在保证闭环系统稳定性的同时还可以实现跟踪误差的渐近收敛。最后,针对全状态约束下的不确定非线性系统,在系统的控制系数完全未知的情况下,提出了一种自适应模糊事件触发动态面渐近跟踪控制算法。通过引入未知控制系数的下界,设计了一个新的障碍李雅普诺夫函数,该函数不仅可以基于边界估计法和光滑函数构造法成功消除控制律中对控制系数下界的要求,又可以使系统状态始终不违反约束。此外,通过在控制器的设计过程中引入正的积分函数,并基于Barbalat引理证明本文设计的控制器能够实现跟踪误差的渐近收敛。最后,通过两个仿真实例验证了该方案的有效性。