基于T-S模糊模型的船舶柴油机动态模型辩识研究

论文题目: 基于T-S模糊模型的船舶柴油机动态模型辩识研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 李顺林

导师: 肖健梅

关键词: 柴油主机,机理模型,模糊模型,模糊聚类,非线性系统辨识

文献来源: 上海海事大学

发表年度: 2005

论文摘要: 动态非线性系统的建模与辨识是自动控制中重要的领域之一，对于很多存在着不确定性和复杂性的实际系统来说，很难使用传统的方法进行建模。而船舶动力系统就是一个船、机、桨配合工作的复杂系统，要实现船舶主机的控制，重要工作之一就是建立主柴油机的数学模型。但由于柴油机运行过程机理相当复杂，且系统具有非线性、时变性，这给用物理方法建模带来了困难。由于模糊系统中知识的抽取和表达比较方便，而且它可以任意精度逼近定义在紧集上的非线性函数，因此它在复杂非线性系统的建模中显示出优越性。1985年Takagi与Sugeno提出了一种基于模糊规则的非线性系统模糊模型，其前提部分仍采用模糊变量，而结论部分是输入变量的线性函数，它以局部线性化为基础，通过模糊推理方法实现了全局的非线性。由于其结论采用线型方程描述的，因此便于用传统的线性控制策略设计相关的控制器。利用T-S模糊模型可以有效地建立船用柴油主机的动态模型，进而实现对柴油机的实时控制。本文首先对T-S模糊模型及其辨识算法进行充分研究，并提出了一种基于测得的输入输出数据来建立非线性动态模糊模型的新方法。该方法将GK模糊聚类应用在T-S模糊模型辨识中，使用模糊聚类大大简化了T-S模糊规则及前提参数的生成。因此本文对前件辨识中用到的模糊聚类方法进行了研究，并对常用的聚类方法进行了比较。对文中提到的算法，均用MATLAB进行了仿真实现。由于受现实条件限制，无法得到实际的测量数据，因此作者首先利用Matlab／Simulink建立了某船用柴油机动力系统仿真机理模型，其机理模型主要是基于柴油机在稳态运行后在小偏差工况扰动下对其工况变动的研究得来的。对机理模型所得数据利用T-S模糊模型辨识算法进行运算，并比较辨识模型与实际模型的差异，最后将所辨识的T-S模糊模型转化为MATLAB自带的模糊逻辑工具箱中通用的FIS结构类型，以便模型的应用和控制器的设计。目前，将T-S模糊模型用于柴油机动态建模，尚未见有文献记述。本课题将理论研究与实际应用相结合，并将先进的算法应用到柴油机动态建模中，将会对航运仿真及船舶主机的控制具有一定的实用价值。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 概述

1.2 模糊辨识

1.2.1 模糊辨识发展的现状

1.2.2 存在的问题

1.3 聚类算法概述

1.4 柴油机动态建模

1.5 本课题的研究目标和研究内容

第二章模糊聚类算法研究

2.1 基本概念

2.1.1 模糊简介

2.1.2 聚类简介

2.1.3 模糊聚类简介

2.2 常用聚类算法研究

2.2.1 硬c-均值聚类

2.2.2 模糊c-均值聚类(FCM)

2.2.3 GK聚类

2.2.4 聚类个数c及模糊加权指数m的选取

2.3 算例实现

第三章基于T-S模糊模型的非线性系统辨识

3.1 T-S模糊模型的数学描述

3.2 T-S模型的一般辨识算法

3.3 T-S模型新的辨识算法

3.3.1 回归数据

3.3.2 模糊聚类的构建

3.3.3 从聚类参数中确定前提部分的隶属度函数

3.3.4 结论参数的辨识

3.4 仿真验证

第四章增压柴油机数学模型及其 MATLAB仿真

4.1 引言

4.2 增压柴油机的稳定工况、变工况和动态过程

4.3 增压柴油机的数学模型

4.3.1 柴油机本体

4.3.2 供油装置

4.3.3 进气管

4.3.4 排气管

4.3.5 涡轮增压器

4.3.6 空气冷却器

4.3.7 集气器

4.4 增压柴油机 MATLAB仿真

第五章基于T-S模糊模型的柴油机动力装置辨识

5.1 引言

5.2 试验数据的提取

5.3 模型辨识

5.3.1 柴油机本体辨识

5.3.2 涡轮增压器辨识

5.3.3 空冷器压力模型辨识

5.3.4 进气管压力辨识

5.3.5 排气管压力辨识

5.4 结论

第六章结论与展望

致谢

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表的论文

发布时间: 2007-01-16

基于T-S模糊模型的船舶柴油机动态模型辩识研究

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