面向未知非线性关联系统主动容错控制的自适应动态规划方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61603387
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0301.控制理论与技术
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The unknown dynamic model of the nonlinear interconnected system is identified by combining the input/output data of the isolated subsystem with recurrent neural network, meanwhile, the reference states of interconnected subsystems are employed to estimate the interconnection term. The reasonable performance index function, which is estimated via critic neural network, is established by considering the interconnection term, the identification error, the replacement errors of reference states as well as disturbances, then the decentralized optimal control scheme is proposed by an identifier-critic structure. The faulty subsystem is further decoupled into an actuator fault subsystem and a sensor fault subsystem. Taking the robustness and the fault sensitivity into account, the fault threshold generator is designed to judge subsystems in fault or not. Hereafter, the fault observer is designed by using dual linear matrix inequality (LMI) technique to provide a less conservation sufficient condition to stabilize the observation system. Constructing an improved performance index function which reflects all fault types, and the fault tolerant control problem is transformed into an iterative optimization problem via adaptive dynamic programming through the system transformation, and then the adaptive dynamic programming scheme of active fault tolerant control is presented for unknown nonlinear interconnected systems. The effectiveness of the proposed schemes is demonstrated by combining the numerical simulation with experiments of hardware in loop/hardware. This project is not only expected to extend the application range of adaptive dynamic programming theory, but also provide a new method of fault tolerant control, as well as the great theoretical and application value.
采用子系统输入/输出数据结合递归神经网络辨识未知非线性关联系统模型,并利用关联子系统的参考状态结合神经网络估计非匹配未知关联项。建立考虑关联项、辨识误差、参考状态取代误差、干扰等因素的性能指标函数,并采用评判神经网络对其进行估计,研究基于辨识-评判结构的分散最优控制方法。将故障子系统分解为执行器故障子系统与传感器故障子系统,兼顾系统鲁棒性与故障敏感性设计鲁棒自适应阈值发生器;基于双线性矩阵不等式技术设计故障观测器,给出保守性更小的使观测系统稳定的充分条件。构造反映各种故障模态的改进性能指标函数,通过系统变换将容错控制问题转化为基于自适应动态规划的迭代调节问题,研究面向未知非线性关联系统主动容错控制的自适应动态规划方法。采用数值仿真结合半实物/实物实验的方式验证所提各方法的有效性。本项目研究不仅可拓展自适应动态规划理论的应用范围,还可为容错控制提供新的解决方案,具有重要的理论和工程应用价值。

结项摘要

本项目面向未知非线性关联系统,基于自适应动态规划理论、最优控制理论与容错控制理论,针对分散最优控制、故障诊断、容错控制及其验证等问题开展研究。1) 采用子系统输入/输出数据,并利用关联子系统的期望信息取代子系统关联项中相应的实际信息,结合神经网络实现对未知关联系统的在线辨识,并分析在线辨识方法的合理性。2) 针对无故障非线性关联系统,研究了基于策略迭代算法的分散最优镇定控制、基于改进性能指标函数的受扰系统镇定控制、基于数据与确定性策略梯度的无模型系统控制、基于辨识-评判结构的分散跟踪控制以及时变时滞关联系统的局部近优控制等方法。3) 采用自适应估计、故障观测器、有效因子估计与神经网络估计等方法对故障进行在线检测与辨识,并将相应方法用于容错控制器的设计。4) 针对非线性互联故障系统,提出了基于改进性能指标函数的容错控制、基于故障在线补偿的容错控制、基于有效因子融合的分散容错控制、基于前馈神经网络的饱和故障系统容错控制等方法。5) 采用数值仿真算例、可重构机械臂系统、双倒立摆系统、办公建筑用电系统等为例,验证所提各种方法的有效性。本项目的研究不仅拓展了自适应动态规划理论的应用范围,还为容错控制提供了新的解决方案,具有重要的理论和工程应用价值。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(17)
专利数量(3)
Sliding-Mode Surface-Based Approximate Optimal Control for Uncertain Nonlinear Systems With Asymptotically Stable Critic Structure
渐进稳定临界结构不确定非线性系统的滑模面近似最优控制
  • DOI:
    10.1109/tcyb.2019.2962011
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Cybernetics
  • 影响因子:
    11.8
  • 作者:
    Bo Zhao;Derong Liu;Cesare Alippi
  • 通讯作者:
    Cesare Alippi
Deterministic policy gradient adaptive dynamic programming for model-free optimal control
用于无模型最优控制的确定性策略梯度自适应动态规划
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2019.11.032
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zhang Yongwei;Zhao Bo;Liu Derong
  • 通讯作者:
    Liu Derong
An echo state network based approach to room classification of office buildings
基于回声状态网络的办公楼房间分类方法
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2018.12.033
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Guang Shi;Bo Zhao;Chao Li;Derong Liu
  • 通讯作者:
    Derong Liu
Observer based adaptive dynamic programming for fault tolerant control of a class of nonlinear systems
基于观测器的自适应动态规划一类非线性系统的容错控制
  • DOI:
    10.1016/j.ins.2016.12.016
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Information Sciences
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Zhao Bo;Liu Derong;Li Yuanchun
  • 通讯作者:
    Li Yuanchun
Policy iteration algorithm based fault tolerant tracking control: an implementation on reconfigurable manipulators
基于策略迭代算法的容错跟踪控制:可重构机械臂的实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Electrical Engineering and Technology
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    李元春;夏宏兵;赵博
  • 通讯作者:
    赵博

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其他文献

地塞米松增强L02细胞P-糖蛋白表达作用机制的初步研究
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
    张绪清
一种基于残差矢量的六相逆变器故障诊断策略
  • DOI:
    10.15934/j.cnki.micromotors.2020.01.012
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    2020
  • 期刊:
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    赵博
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    石河子大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李莎莎;赵博
  • 通讯作者:
    赵博
SIRT1通过调节FoxO3a/BIM通路减轻心肌细胞高糖缺氧复氧损伤
  • DOI:
    10.13507/j.issn.1674-3474.2018.05.004
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 作者:
    冷燕;吴洋;赵博;李文远;熊永红;王凯;夏中元
  • 通讯作者:
    夏中元
Event-triggered control for input constrained non-affine nonlinear systems based on neuro-dynamic programming
基于神经动态规划的输入约束非仿射非线性系统的事件触发控制
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2021.01.116
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    张顺超;赵博;张勇伟
  • 通讯作者:
    张勇伟

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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

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          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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