时滞系统变论域模糊自调整内模控制

论文摘要

时滞系统的控制是工业上经常遇到的问题。针对工业控制过程中的时滞系统,本文基于内模控制原理,设计了滤波器时间常数自调整内模控制。在建立滤波器时间常数λ模糊自整定方法的基础上,研究了采用伸缩因子变论域的滤波器时间常数λ自调整模糊内模控制,提出了滤波器时间常数的变论域模糊控制改进方法,并推导出了指数型伸缩因子、研究了幂函数型伸缩因子的性质。主要从以下几个方面开展了研究工作:1.基于内模控制原理设计方法,将内模控制方法引入到Smith预估控制中,建立了滤波器时间常数λ的在线自整定方法。利用模糊控制理论确立了滤波器时间常数λ的模糊整定规则,通过在线调整滤波器时间常数改善了内模控制系统闭环特性。2.研究了模糊控制过程中输入输出论域的伸缩变化对控制性能的影响以及如何利用论域的变化提高控制性能。提出了基于量化因子的变论域模糊控制方法。分析并总结控制参数(量化因子(quantitative factors))在控制中的变论域作用,指出参数与变论域伸缩因子的关系。3.根据变论域理论,以及伸缩因子的数学特性及工程特性,推导出了幂函数型伸缩因子,论证了幂函数型伸缩因子的数学特性及工程特性。4.针对工业过程中常见的一阶时滞过程、二阶时滞过程,并分别在模型匹配、模型失配以及模型不确定和干扰的情况下,分别采用传统模糊控制、改进变论域模糊控制及采用幂函数型伸缩因子的变论域模糊控制进行了Matlab仿真实验研究。结果证明,与传统的模糊控制方法相比,文中提出的改进变论域模糊控制方法不仅能够获得更高的控制精度,也提高了系统的响应速度;同时,幂函数型伸缩因子亦利于硬件实现,对慢响应的化工系统和快速响应的机电系统的在线控制提供了有效途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 滞后过程的特点
• 1.2 滞后过程的控制方法概述
• 1.2.1 经典控制
• 1.2.2 智能控制
• 1.2.3 预测控制
• 1.2.4 鲁棒控制
• 1.2.5 其它方法
• 1.3 变论域模糊控制的产生
• 1.3.1 一般模糊控制器的优点
• 1.3.2 一般模糊控制器的缺点
• 1.3.3 变论域模糊控制器对控制性能的改进
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第二章 模糊控制
• 2.1 模糊控制的发展
• 2.2 模糊控制与智能控制的关系
• 2.3 模糊数学
• 2.3.1 模糊数学的创立及发展
• 2.3.2 模糊集合
• 2.3.3 隶属度函数
• 2.4 模糊逻辑与模糊推理
• 2.4.1 模糊推理的Zadeh法
• 2.4.2 模糊推理Mamdani法
• 2.4.3 模糊推理强度转移法
• 2.5 模糊函数逼近
• 2.6 模糊控制器
• 2.6.1 模糊控制器的基本结构和组成
• 2.6.2 模糊控制规则
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于Smith预估原理的内模控制
• 3.1 引言
• 3.2 内模控制
• 3.2.1 内模控制的结构
• 3.2.2 内模控制的主要性质
• 3.3 Smith内模控制
• 3.3.1 Smith预估控制
• 3.3.2 Smith预估控制与内模控制的关系
• 3.4 IMC与经典反馈控制的关系
• 3.5 基于Smith预估原理的IMC控制器设计
• 3.5.1 一阶滞后过程的Smith-IMC控制器
• 3.5.2 二阶滞后过程的Smith-IMC控制器
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于量化因子的变论域模糊内模控制
• 4.1 变论域模糊控制的理论基础
• 4.1.1 模糊控制的插值机理
• 4.1.2 双输入单输出分片插值器
• 4.2 模糊规则的单调性与控制函数的单调性
• 4.3 变论域模糊控制器设计思想的提出
• 4.4 指数型变论域伸缩因子的定义
• 4.5 基于量化因子的变论域模糊控制
• 4.5.1 量化因子的定义
• 4.5.2 量化因子与变论域的关系
• 4.6 滤波器时间常数变论域在线自调整方法
• 4.7 仿真试验
• 4.7.1 一阶时滞过程
• 4.7.2 二阶时滞过程
• 4.8 本章小结
• 第五章 新型变论域方法的伸缩因子
• 5.1 指数型伸缩因子
• 5.1.1 指数型伸缩因子的数学模型
• 5.1.2 指数型伸缩因子的数学特性
• 5.2 构建伸缩因子
• 5.2.1 构建伸缩因子必须满足的数学性质
• 5.2.2 构建伸缩因子必须满足的工程条件
• 5.2.3 新型伸缩因子的推导
• 5.3 构建伸缩因子性质分析
• 5.4 仿真试验
• 5.4.1 一阶时滞过程
• 5.4.2 二阶时滞过程
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 附件