混成系统稳定性分析的代数化与机械化及应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11371047
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0101.数学史、数理逻辑与公理集合论
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

With the rapid development of information sciences, hybrid systems are paid more attention to. They are a class of dynamical systems that involve both continuous states and discrete events. Among numerous research directions on hybrid systems, safety verification and stability analysis are their two core research directions. We have already obtained quite a few outstanding achievements on these two research directions. For example, we directly handled safety problem of nonlinear hybrid systems by constructing and then solving nonlinear reachability constraints, which broke through the limitations of other theories that mainly use linearization for approximation; we analyzed asymptotic stability of switched hybrid systems by applying real root classification in computer algebra to compute multiple Lyapunov functions, which makes our approach more efficient than quantifier elimination based method, linear matrix inequalities based method and sum of squares based method. Some representative results have been published in top-ranking international conferences such as ISSAC, CAV and HSCC and top-ranking international journals such as ACM TECS and SICON. Based on our obtained achievements, this project will deeply focus on stability analysis of hybrid systems. That is, under the framework of Lyapunov stability theory, practical stability theory and bifurcation theory, we hope to further analyze the algebraic characters of stability for hybrid systems, realize the characterizations of algebraic properties for each theory, and then construct their corresponding semi-algebraic systems; Afterward, combining existing theories and methods in computer algebra and semi-definite problems solving, we will provide new and efficient algorithms for automatically computing mutliple Lyapunov functions and regions of attraction and then analyzing the stability of hybrid systems; Finally, we will carry out case studies.
随着信息科学的快速发展,混成系统备受关注。从数学上看,它是一类连续状态和离散事件并存的动力系统,其核心问题是安全性验证与稳定性分析。我们在这两个问题上都取得了若干突破。例如,我们曾通过构造并求解非线性可达约束条件,对非线性混成系统的安全性验证进行了直接处理,突破了其他理论主要采用线性近似处理的局限性;我们还曾利用实根分类来计算多重Lyapunov 函数,进而分析了切换式混成系统的渐近稳定性,其效率明显优于量词消去法、线性矩阵不等式法、平方和分解法等。部分成果发表在ISSAC、CAV、HSCC、ACM 汇刊等一流的会议和期刊上。 在Lyapunov 稳定性、实用稳定性以及分支等理论框架下,本课题将进一步分析混成系统稳定性的代数特征并构造相应理论下的半代数系统;结合计算机代数与正定问题求解上的现有理论与方法,提出新的高效算法来机械化地实现多重Lyapunov函数与吸引域的计算,并进行实例研究。

结项摘要

随着信息科学的快速发展,混成系统研究备受关注。在国家自然科学基金项目的资助下,本项目主要围绕混成系统稳定性分析的代数化与机械化及应用展开研究,在SIAM期刊、IEEE汇刊、NAHS等国际权威期刊以及CAV、AAAI、CDC等国际顶级会议上共发表标注国家自然科学基金项目资助的学术论文25篇,完满地完成了申请书里设定的预期目标。.本项目的主要学术成果可归纳如下:.1).基于实根分类,提出了高效判定连续时间混成系统稳定性的理论与方法,该方法与国际上现行的量词消去法、线性矩阵不等式法、平方和分解法相比,具有明显的优越性;.2).提出了多步多重类Lyapunov函数的概念,该概念拓展了经典的多重Lyapunov 函数的概念以及之后的有限步Lyapunov函数的概念,并依此建立了一个放缩的关于离散切换非线性系统在给定切换率下渐近稳定的判定法则;.3).基于(多重)类Lyapunov函数,建立了可迭代内估计吸引盆的理论体系并给予了算法实现,与Automatic 2008,IEEE TAC 2008,AIAA JGCD 2011,ISA Transactions 2014,IJRNC 2015等期刊上的方法比较,我们的估计效果更好;.4).利用不变集对同步态进行了数学刻画,并借鉴多重Lyapunov函数思想给出了复杂网络同步的更一般的判定准则,特别地,针对多项式系统及一类特殊的非多项式系统,我们能够将同步判据问题转化为平方和优化问题并借助半定规划类软件进行求解,从而在实际操作中具有更强的可行性。.项目负责人项目负责人获2014年度国家优秀青年科学基金项目,积极参与国内外学术合作与交流,并指导博士生8名(已毕业3名,在读5名)、硕士生5名(毕业2名,在读3名)。同时,本项目严格按照《资助计划书》规定的经费预算支出,所有支出范围都严格遵循《国家自然科学基金项目经费管理办法》的规定。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(0)
Study on Chaotic Behavior of the Restricted Four-Body Problem with an Equilateral Triangle Configuration
等边三角形构型受限四体问题的混沌行为研究
  • DOI:
    10.1142/s0218127417500262
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    International Journal of Bifurcation and Chaos
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Cheng X.;She Z.
  • 通讯作者:
    She Z.
Computing an invariance kernel with target by computing Lyapunov-like functions
通过计算类 Lyapunov 函数来计算具有目标的不变性核
  • DOI:
    10.1049/iet-cta.2013.0275
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    IET Control Theory and Applications
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    She Zhikun;Xue Bai
  • 通讯作者:
    Xue Bai
Inner approximations of domains of attraction for a class of switched systems by computing Lyapunov-like functions
通过计算类李雅普诺夫函数来对一类切换系统的吸引域进行内近似
  • DOI:
    10.1002/rnc.4010
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    International Journal of Robust and Nonlinear Control
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xiuliang Zheng;Zhikun She;Quanyi Liang;Meilun Li
  • 通讯作者:
    Meilun Li
A DENSITY-DEPENDENT PREDATOR-PREY MODEL OF BEDDINGTON-DEANGELIS TYPE
密度相关的贝丁顿-德安杰利斯型捕食模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Electronic Journal of Differential Equations
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    Li Haiyin;She Zhikun
  • 通讯作者:
    She Zhikun
Stability analysis and hopf bifurcation of density-dependent predator-prey systems with beddington-deangelis functional response
具有贝丁顿-德安吉利斯功能响应的密度依赖性捕食者-被捕食系统的稳定性分析和 hopf 分岔
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Electronic Journal of Differential Equations
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    Jiang Xin;She Zhikun;Feng Zhaosheng
  • 通讯作者:
    Feng Zhaosheng

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其他文献

绕地轨道运动地面物理试验的建模与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    中国空间科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李昊阳;佘志坤;薛白
  • 通讯作者:
    薛白

其他文献

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佘志坤的其他基金

不确定混成系统的安全性验证与稳定性分析及应用
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  • 项目类别:
    面上项目
基于代数分析与符号计算的混成系统自动验证
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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