不确定非线性系统的自适应模糊控制

论文摘要

模糊控制一直被认为是解决复杂非线性系统建模和控制问题的一种行之有效的方法。基于不同的模糊模型研究非线性系统的稳定性与控制器设计一直是模糊控制领域所关注的问题之一。特别地,由于模糊系统具有万能逼近特性,不确定非线性系统的自适应模糊控制已经成为国际自动控制领域近年来一个活跃的研究方向。随着相关学科的发展,利用模糊控制的优点解决过去用常规方法难于解决的问题具有重要的理论意义。本文利用模糊逻辑系统,把来自人类语言信息构造到控制系统上,从而对难以建立精确数学模型的不确定非线性系统提供了新的系统分析与设计方法。本文主要工作如下:针对一类不确定非线性纯反馈单输入单输出系统,提出一种自适应模糊控制方法。与已有的方法相比较,这个方法的主要优点一是只用一个模糊系统去逼近系统的未知函数,二是改善了闭环系统的鲁棒性。基于Lyapunov稳定性分析方法,提出的方法保证了闭环系统所有信号是一致有界的并且跟踪误差估计值收敛到一个小的零邻域内。仿真结果表明了该算法的有效性和可行性。具有未知互连函数的非线性多输入多输出系统是一类复杂的系统。由于互连函数存在于每一个子系统的每一个方程中并且输入增益系数是未知的非线性函数,这使得这类系统更难于控制。针对此类系统本文提出了一种鲁棒自适应模糊控制方法,在控制器设计中,鲁棒控制项用于补偿逼近误差,提高了系统的鲁棒性。在适当的假设条件下,该算法很好地克服了非线性多输入多输出系统的控制器奇异问题。并且,提出的控制算法保证了闭环系统的所有信号是有界的。针对一类不确定非线性多输入多输出互连系统提出了一种自适应模糊控制方法。由于假设系统的状态是不可测的,通过设计观测器来估计系统的状态。给出的自适应律只对不确定界进行在线调节,从而大大地减轻了在线计算负担。该方法能够保证闭环系统的所有信号是一致有界的并且跟踪误差指数收敛到一个小的零邻域内。仿真结果表明了算法的可行性。针对一类不确定非线性多输入多输出系统提出一种组合型自适应模糊控制方法。该方法不要求系统的状态可测,而是利用一个观测器去估计系统的不可测状态。所设计的控制器由四部分组成:组合自适应模糊控制器、监督控制器、H~∞鲁棒控制器以及辅助补偿项。与已有的观测器设计结果相比较,该方法的主要优点为:1)组合控制器能权衡被控对象知识和控制行为知识;2)提供的控制器具有监督控制功能。利用Lyapunov稳定性分析方法还证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明了组合型自适应模糊控制方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景以及模糊控制的发展
• 1.2 模糊集理论与模糊控制的数学基础
• 1.2.1 模糊集的概念与运算
• 1.2.2 常见的模糊推理系统
• 1.2.3 模糊系统的万能逼近特性
• 1.3 自适应模糊控制方法的发展历程
• 1.3.1 经典自适应控制
• 1.3.2 基于逼近器的自适应控制策略
• 1.4 本文的主要工作
• 2 一类非线性系统的鲁棒自适应模糊控制
• 2.1 引言
• 2.2 系统描述
• 2.3 控制器设计和稳定性分析
• 2.4 仿真研究
• 2.5 本章小结
• 3 一类非线性互连系统的自适应模糊控制
• 3.1 引言
• 3.2 问题的描述
• 3.3 控制器设计和稳定性分析
• 3.4 仿真例子
• 3.5 本章小结
• 4 基于观测器的非线性互连系统的自适应模糊控制
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述
• 4.3 自适应模糊控制器与自适应律的设计
• 4.4 稳定性与性能分析
• 4.5 仿真例子
• 4.6 本章小结
• 5 一类非线性MIMO系统的自适应模糊控制器设计
• 5.1 引言
• 5.2 问题的描述
• 5.3 观测器和组合自适应模糊控制器设计
• 5.4 仿真研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 作者简介