若干偏微分方程控制系统的适定正则性及稳定性分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61503230
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0301.控制理论与技术
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The significant difference of the control systems of partial differential equations and lumped parameter systems is that the spatial location of the controller can be selected, boundary controls become the result of natural selection because of the practical needs. However, boundary controls and measurements inevitably lead to the unboundedness of the control operator and observation operator, so it becomes an important problem that looking for the solution in what kind of optimal state space. All which bring about the well-posedness and regularity in the sense of Salamon-Weiss. In the abstract framework of well-posedness and regularity, many finite-dimensional results are parallel extended to the distributed parameter systems. So it becomes a new research direction in the control theory of distributed parameter systems that what kinds of partial differential systems, especially high-dimensional systems, are well-posed and regular. The project, firstly, forms some control systems of partial differential equations with practical significance into the abstract frame of system, and we will get the well-posedness and regularity of the discussed systems by making use of the theory of partial differential equations, the control theory of distributed parameter systems, the theory of operator semi-group, the theory of Riemannian geometry and other mathematical theories. And we give the analytic expressions of the feedthrough operators when the control systems are regular. Furthermore, we study the stabilization for well-posed systems, and give the decay rates of the energy. The project is a new topic of the control of partial differential equations, and a typical example of the close combination of mathematics and control theory, therefore, the study has important theoretical significance and practical values.
偏微分方程控制系统与集中参数系统的显著差别在于控制器的空间位置可以选择,边界控制由于实际需要成为自然选择。但边界的控制与测量必然导致控制算子和观测算子无界,于是在何种最优状态空间求解,就成了重要问题。由此催生了在Salamon-Weiss意义下的适定正则性问题。在抽象的适定性和正则性框架下许多有穷维的结果被平行推广到分布参数系统。但究竟何种偏微分系统,特别是高维的系统是适定正则的就成了分布参数系统控制理论一个新的研究方向。本项目首先将几类具有实际意义的偏微分方程控制系统纳入到抽象系统框架中,应用偏微分方程、分布参数系统控制、算子半群以及黎曼几何等数学理论获得所考虑系统的适定性和正则性。在控制系统为正则时,给出直接传输算子的解析表达式。进而,对适定系统讨论其稳定性,给出能量的某种衰减率。本项目属于偏微分方程控制的新题目,是数学与控制理论密切结合的典型事例,因此具有重要的理论意义和应用价值。

结项摘要

本项目研究了偏微分方程控制系统的适定正则性、精确能控性、以及带干扰的控制系统稳定性等问题。主要研究了四阶 Schrödinger 方程在铰支边界情形下分别带有 Dirichlet 边界控制和矩边界控制及同位观测的控制系统、变系数四阶 Schrödinger 方程在 Neumann 边界控制和同位观测下的控制系统,证明系统为适定正则的,并在控制系统为正则时给出了相应的直接传输算子,进一步证明了所考虑系统为精确能控的,因此在已得到的适定结果下可直接获得控制系统在比例反馈下为指数稳定的。研究了一类基尔霍夫型非线性梁的自适应镇定和参数估计问题,根据控制端的速度和不确定输入扰动的未知参数估计,设计了一种高增益自适应调节器,证明该系统是稳定的,估计的参数收敛于未知参数。另外,对边界带有干扰的控制系统稳定性问题做了一些研究,例如:波方程、热方程、Schrödinger 方程等控制系统,并对所得结果进行了数值模拟验证。本项目研究问题有较强的工程背景,获得的结果对相应工程技术问题起理论指导作用。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
基于边界输出反馈非线性波方程的自适应控制稳定性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    系统科学与数学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张小英;柴树根
  • 通讯作者:
    柴树根
New unknown input observer and output feedback stabilization for uncertain heat equation
新的未知输入观测器和输出反馈稳定不确定热方程
  • DOI:
    10.1016/j.automatica.2017.08.004
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    AUTOMATICA
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Feng Hongyinping;Guo Bao-Zhu
  • 通讯作者:
    Guo Bao-Zhu
带有干扰Neumann控制下反应扩散方程的稳定性
  • DOI:
    10.13451/j.cnki.shanxi.univ(nat.sci.).2016.01.005
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    山西大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张小英;柴树根
  • 通讯作者:
    柴树根
Adaptive stabilization and parameters estimation for a Kirchhoff's nonlinear beam with uncertain input disturbances under boundary output feedback control
边界输出反馈控制下具有不确定输入扰动的基尔霍夫非线性梁的自适应镇定和参数估计
  • DOI:
    10.1002/acs.2771
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF ADAPTIVE CONTROL AND SIGNAL PROCESSING
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Wen Rui-Li;Chai Shu-Gen;Feng Hongyinping
  • 通讯作者:
    Feng Hongyinping
Stabilization of one-dimensional wave equation by non-collocated boundary feedback
非同位边界反馈稳定一维波动方程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    European Journal of Control
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zi-Qing Tian;Hongyinping Feng
  • 通讯作者:
    Hongyinping Feng

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其他文献

Regularity for Euler-Bernoulli Equations with Boundary Control and Collocated Observation∗
具有边界控制和并置观测的 Euler-Bernoulli 方程的正则性 —
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Systems Science & Complexity
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    温瑞丽;柴树根
  • 通讯作者:
    柴树根

其他文献

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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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