基于去伪控制的数据驱动控制算法研究

论文摘要

近年来,随着科学技术的发展,企业的规模越来越庞大,生产过程越来越复杂。基于精确数学模型的传统控制方法,对这些复杂的生产过程进行控制也变得越来越困难。数据驱动控制就是在这种难以建立被控对象的精准模型的条件下,有效的利用大量的离、在线数据,实现对被控对象的优化控制。去伪控制是美国学者Safonov于1995年提出的一种利用在线数据直接辨识控制器的数据驱动控制方法。当系统参数、结构发生变化时,当前时刻的数据会直接反映这些变化,从而使控制器通过反馈作用具有适应能力。本文研究了基于去伪控制的数据驱动控制算法,主要工作如下：首先,本文阐述了几个与数据驱动控制的相关问题,对去伪控制方法的发展现状进行了综述,并叙述了去伪控制理论的基础知识,分析了其稳定性。其次,本文研究了基于去伪控制的倒立摆PID控制问题。倒立摆是一个典型的多变量,非线性,强耦合,自然不稳定系统,而PID控制器为目前工业当中最广泛的控制器。本文设计了对应的去伪控制器,并利用Matlab仿真软件对其进行了仿真研究。结果表明,所设计的去伪控制器能够很好的控制倒立摆的摆杆角度,无稳态误差,并且切换控制器的速度很快,具有良好的暂停性能。但是这种基本的去伪控制算法存在一定缺陷,即候选控制器集合不能为无限集合。之后,针对基本去伪控制算法的缺陷,本文研究了梯度去伪控制算法,该算法解决了基本的去伪控制算法的缺陷。但是梯度去伪控制算法依然存在一定的缺陷,即易卡于极点,收敛速度慢。针对这两个问题,本文提出了一种改进的梯度去伪控制算法,在自适应律中加入动量项,这样就解决了基本梯度去伪控制存在的问题。随后本文又进行了仿真研究,研究表明改进的算法可有效地改善系统的性能,而且发现动量项增益对系统收敛速度有影响,进而本文又推导出了动量项增益的取值范围。最后,对本文所做的工作进行了总结,并指出有待进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数据驱动控制相关问题
• 1.2 几种数据驱动控制方法的研究现状
• 1.3 去伪控制的研究现状
• 1.4 本文研究的目的和意义
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 去伪控制的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 问题描述
• 2.3 去伪控制本质
• 2.4 去伪控制算法
• 2.5 稳定性分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于去伪控制的倒立摆PID控制研究
• 3.1 引言
• 3.2 倒立摆和PID控制器
• 3.2.1 倒立摆系统
• 3.2.2 PID控制器
• 3.3 去伪控制器的设计
• 3.3.1 传统控制器的设计
• 3.3.2 基于去伪控制的PID参数整定
• 3.4 仿真研究
• 3.4.1 仿真数据
• 3.4.2 仿真结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 一种改进的去伪控制算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于梯度法的去伪控制算法研究
• 4.2.1 梯度法
• 4.2.2 基于梯度法的去伪控制
• 4.3 改进的梯度去伪控制算法研究
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 算法的改进
• 4.3.3 改进的梯度去伪控制算法流程
• 4.4 仿真研究
• 4.4.1 仿真数据
• 4.4.2 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢