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2014年获奖项目
复杂非线性力学系统分析与控制
本项目的研究内容是控制理论与应用领域的关键基础问题。随着工业的快速发展和复杂化,现代力学系统的功能和品质发生了质的变化,也对控制理论提出了新的挑战。如受控力学系统中的旋转机械常具有非单一平衡位置,对这类系统的研究已不再是单平衡点的稳定性问题;电力系统中同步电机存在输入输出的非线性耦合,给系统的同步控制带来了新特点;现代飞行器、机器人等常配置多个作动器以实现高机动性和可靠性,如何对受约束的作动器进行合理有效的配置及协调控制,成为复杂运动体控制要解决的关键技术问题。这些都表明力学系统的控制具有自身的特性,在系统结构、控制与测量的特点、动态过程与性能的确定、所研究问题的合理提法、结果的应用等多方面均不同于一般模式下的控制理论而具有自己鲜明的特色,而这些问题的解决不仅具有重大的科学与工程意义,也必将推动控制学科的发展。
本项目研究团队近年来在复杂非线性力学系统分析与控制方面开展了系统的基础理论研究工作,在一些关键问题上取得了原创性贡献。首先,在非线性多平衡点力学系统研究上,建立了利用时域和频域方法相结合进行多平衡点系统总体性质分析和控制的框架,并给出了多平衡点系统多类周期振动、混沌控制的方法,填补了现代控制理论在多平衡点系统控制方面研究的不足;深入研究了节点为非线性动力系统的复杂网络镇定与同步控制问题,利用线性与非线性耦合关系,给出了基于图论、同步化区域、H2控制等的新方法,建立了新理论;针对具有冗余执行机构的力学系统,从理论上分析了冗余输入对改善系统性能品质的作用,给出了多输入协调控制的新方法,阐明了多输入系统和单输入系统的本质区别,开辟了新的研究方向,给出了新成果。基于以上理论成果,在航天器最优变轨、运动体编队、高超声速飞行器协调控制方面做出了理论与应用结合的研究工作,主持了国家自然科学基金委近空间高超声速飞行器重大研究计划重点项目与航天科技集团重大专项项目,参加了国家973和国防863等与飞行器控制相关的子课题研究。研究成果紧密结合国家高科技发展战略需求,为高超声速飞行器动力学分析与控制、航天器变轨、卫星编队等奠定了坚实的理论基础。
北京大学控制团队从事控制理论与应用的研究已有几十年的历史,有丰富的研究积累,是国内外有重要影响的研究团队。研究团队有很强的凝聚力,成员内部有很好的合作氛围。项目组成员近十年来在复杂非线性力学系统控制方面开展了具有前瞻性和创造性,能解决实际需求的基础与应用基础研究。在国内外重要学术期刊上发表SCI检索论文93篇,包括研究领域一流期刊IEEE 汇刊,Automatica,Systems & Control Letters,
 International Journal of Control, 
International Journal of Robust and Nonlinear Control, Physical Review E,
 Physics Letters A, International Journal of Bifurcation and Chaos, 
Journal of Guidance Control and Dynamics 等论文55篇。SCI他引1205次,总他引2200多次,其中8篇代表作SCI他引252次,总他引568次,单篇最高SCI他引162次,单篇最高总他引386次。多名国内外院士、IEEE Fellow 给出了高度评价。项目组成员先后主持国家自然科学基金项目、教育部重点项目等十几项。