多体系统动力学优化控制方法及仿真
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摘要
本文针对多体系统动力学优化控制模型,从两个方面对优化控制方法进行研究。一方面基于变分方法获得最优控制的正则方程和控制方程,确定边界条件并进行求解,获得最优控制力,另外,基于离散力学最优控制方法 (discrete mechanics and optimal control,DMOC),直接对优化问题的目标函数和约束条件进行离散,较好地保持系统的物理特性,数学表达也更为简洁。另一方面,采用优化方法对优化控制模型直接求最优解,为避免基于梯度的优化方法在寻找最优控制力过程中大量复杂的灵敏度计算,采用遗传算法进行全局寻优,通过个体相似度选择进行交叉操作的父代个体,同时给出一种新的自适应调整交叉概率和变异概率的策略,有效地避免早熟问题的发生。以剪叉式伸展臂展开过程为例,对控制力进行了最优求解,使其能够按照给定的速度要求平缓展开。为了使优化结果更加直观,利用MFC设计交互式仿真界面,利用Open GL以及Solid Works辅助进行绘制与渲染,调用MATLAB引擎实现数据交互,对优化结果进行可视化仿真。
引文