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多运动体系统的鲁棒一致性控制理论与方法
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TP271.62
  • 关键词:
  • 成果简介:
    多运动体系统的鲁棒一致性控制是国家航空航天等重大工程中的共性科学问题,也是自动控制领域的研究前沿,其主要内容包括单运动体系统的“机动性”、多运动体系统的“协调性”和运动环境的“适应性”等方面,面临的主要研究困难来自于现有机动性成果不能用于变化的加速度情况,协调性成果需要变化的通信拓扑时刻保持连通,而多运动体系统对干扰环境变化的适应性问题在该项目之前尚未见报道。上述困难严重制约了一致性控制的应用范围,急需发展新的理论和方法,突破现有成果在“变加速、变拓扑、变环境”方面的局限性。该项目在国家杰出青年科学基金和国家973计划等项目的资助下,历经十余年,由师生关系建立的团队协同攻关,获得了如下重要科学发现: 提出了一种非线性系统约化方法,发现了变加速运动下提高单运动体系统机动性的鲁棒解耦控制规律。利用获得的系统变加速与制动界限,设计了实现鲁棒解耦控制的非线性观测器,用分离变量的预测方法降低了设计保守性,突破了由IEEE和IFAC Fellow、德国宇航院J.Ackermann教授提出的三角解耦方法不能用于变加速机动性的局限性,该方法1996年获IFAC Nichols Medal和IEEE Bode-Lecture Prize以来一直是机动性控制中的经典方法。该成果获2016年ICAROB Outstanding Contribution Award,在国际上产生了重要影响。 提出了一种新的嵌套变换方法,发现了变拓扑与高阶系统情况下协调不变量的统一表达式。由于该表达式不依赖于拓扑结构和系统阶次,可将多运动体系统分解为由一致性误差状态描述的有限个连通子系统,进而给出了由连通子系统特征参数判定多运动体系统一致性的判据,克服了美国工程院院士R.M.Murray教授提出的一阶协调不变量对变拓扑结构连通性和系统阶次的限制,已发展成为多运动体系统协调控制的有效工具。 提出了多运动体系统鲁棒H∞一致性控制新概念,发现了干扰环境下多体系统状态与干扰的可分离性。通过将多体系统等价变换为非奇异的降阶系统,克服了鲁棒控制方法不能处理通信拓扑结构矩阵固有奇异性之本质困难,给出了多运动体系统鲁棒H∞一致性控制的充要条件,解决了变环境受扰系统的适应性问题。IEEE Fellow、法国L.Zaccarian教授认为:将H∞控制理论推广到多运动体系统是“非平凡的(nontrivial)”。该成果发表后在国际上产生了持续影响,先后出现了多运动体系统H∞一致性估计和H∞几乎同步等新方向。 该项目论文主要发表在该领域著名期刊上,8篇代表性论文WOS他引1033次,SCI他引693次,单篇最高SCI他引187次,ESI高被引论文3篇,引用者包括9个国家的13位院士和51位IEEE/IFAC Fellow。项目成果已成功应用到椭圆轨道最优交会与合作标志器发射及吸附等控制中。第一完成人是国家杰出青年科学基金获得者,教育部“长江学者”特聘教授,国家973计划项目首席科学家。该项目成果获2017年度教育部自然科学奖一等奖。
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