地区：上海市 宝山区
关键词：山东工商学院;大连理工大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000004423
成果描述：
| 切换系统是由若干个微分或差分方程描述的子系统和一个决定在子系统之间如何切换的切换信号组成。切换信号通常是一个依赖时间或状态的分片常值函数，它决定在什么时候切换到哪一个子系统。切换系统的优化与控制是寻找恰当的切换控制策略使得在满足一定的约束条件下，性能指标达到最优。切换系统的优化与控制以其重要的理论价值和广泛的应用背景一直是优化和控制研究领域的热点。该项目针对非线性切换系统的优化与控制理论、算法及其应用展开研究，取得了一系列有特色的研究成果： 1.估计系统中的时滞量和（或）系统参数是非线性时滞系统研究中的一个关键问题。通过同时正向求解一系列辅助的系统和状态系统，首次建立了目标泛函关于时滞量和系统参数的梯度计算方法。在该基础上，首次提出一种优化非线性多阶段时滞系统的时滞量和系统参数的数值方法。与已有的算法相比，该算法具有更好的数值稳定性和收敛性。 2.由于时间尺度转化方法不适用于切换时滞系统优化，该项目首次建立了自治切换时滞系统状态关于切换时刻和系统参数变分的存在性理论。在该基础上，首次提出了优化非线性自治切换时滞系统的切换时刻和系统参数的数值方法。该方法克服了已有算法的局限性，大大降低了算法的计算量。 3.对于状态依赖的非线性切换系统，由于切换序列是随着系统状态的演化而产生的，这使得其优化与控制变得非常复杂。该项目首次建立了状态依赖的非线性切换系统的最优控制问题最优控制的存在性理论。在算法方面，首次将状态依赖的非线性切换系统的最优控制问题转化为等价的双层优化问题。结合启发式方法和控制参数化方法，建立了求解非线性状态依赖的切换系统的最优控制的全局优化方法。将该算法应用到实际生物化工过程的最优控制过程中，使得过程切换的次数从上千次减少到十几次，为实际生物化工过程提供了技术指导。 4.对于油田钻井轨道设计和生物化工过程中的一类实际问题，提炼出非线性切换系统的优化与控制模型。利用控制参数化、时间尺度转化和约束转化等技术，设计出有效的优化与控制算法。该结果被美国Stanford大学著名的Grosenick教授综述文献（《Neuron》，2015）所引用。 该项目获批国家自然科学基金6项，山东省自然科学基金2项；出版专著2部，在国内外重要学术期刊上发表论文90篇，其中被SCI检索76篇，EI检索10篇。项目论文和专著被引用801次,SCI他引290次，单篇最高被引用44次。特别地，该项目研究得到的最优切换控制策略已经被大连理工大学姜珊博士和修志龙教授应用到自动化生产1,3-丙二醇过程中，取得了良好效果（《InternationalJournalofChemicalReactorEngineering》，2000）。 |
