模糊控制器的解析研究及在减摇鳍控制中的应用

论文题目: 模糊控制器的解析研究及在减摇鳍控制中的应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 轮机工程

作者: 修智宏

导师: 任光

关键词: 船舶与海洋工程,模糊控制,解析分析,优化设计,减摇鳍控制

文献来源: 大连海事大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来模糊控制技术发展迅速,己被证明是解决许多复杂系统建模和控制的一种有效方法。早期的模糊控制器设计主要依赖于设计者的经验,不能对系统性能进行有效的数学分析,影响了模糊控制器的深入理论研究和广泛应用。而基于解析的方法,经典和现代控制理论中的许多成熟的方法能融合于模糊控制系统的分析和设计。本文系统地研究了模糊控制器的解析设计和稳定性分析方法,并将研究结果应用于船舶减摇鳍控制系统设计。稳定性分析和系统化设计一直是模糊控制理论研究的重点和难点。本文总结了工程应用中大多数模糊控制系统前件变量模糊隶属度函数的共同特点,明确定义了标准模糊分划和双交叠模糊分划,研究了前件变量采用标准模糊分划和双交叠模糊分划的模糊控制系统的性质。通过构建分段光滑的Lyapunov函数提出了一种判定T-S模糊控制系统稳定性的新方法,该方法充分利用了模糊规则前件输入变量模糊隶属度函数的结构信息,只需在各最大交叠规则组内分别寻找公共的正定矩阵,减小了以往稳定性判定方法的保守性和难度。在此基础上,利用平行分布补偿法和线性矩阵不等式方法,进一步探讨了T-S模糊系统状态反馈控制器和输出反馈控制器的系统化设计及闭环模糊控制系统的稳定性分析方法。本文推导出了工程实践中常用的输入采用三角形全交迭隶属函数的正规模糊集、输出采用单点模糊数的单输入单输出、双输入单输出典型Mamdani模糊控制器的插值解析表达式,并推广到典型T-S模糊控制器。这些插值解析表达式在一定程度上揭示了典型模糊控制器的本质特征,为其设计和优化提供了准确的解析模型,同时也为实际应用提供了一种快速精确的控制算法,因而具有较高的应用价值。为了解决“控制性能优于传统PID控制器的模糊控制器设计”、“模糊控制器系统化设计”和模糊控制的“简单性”等问题,本文在T-S型模糊控制器的规则后件采用PID表达式,构造了一种TS-PID模糊控制器。该模糊控制器将模糊控制与PID控制紧密结合起来,兼有两者的优点,是一种具有广泛应用前景的复合控制器。推导了典型TS-PID模糊控制器的插值解析表达式的,进一步揭示了该类模糊控制器本质是一种非线性PID控制器,为其设计和优化提供了准确的解析模

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 问题的提出

1.2 本研究有关领域的发展状况

1.2.1 Mamdani型模糊控制系统的研究情况

1.2.2 T-S型模糊控制系统的研究情况

1.2.3 船舶减摇鳍控制系统的研究情况

1.3 本研究与轮机工程

1.4 主要研究内容

第2章模糊控制器设计和优化的基本原理

2.1 模糊控制的基本原理

2.1.1 模糊控制系统的组成

2.1.2 模糊控制系统的两种基本类型

2.1.3 前件变量的模糊分划与模糊控制规则的完备性

2.2 采用遗传算法优化设计模糊控制器的基本原理

2.2.1 遗传算法的基本概念

2.2.2 遗传算法的基本操作

2.2.3 遗传算法的特点

2.2.4 遗传算法应用中的一些基本问题

2.2.5 遗传算法在模糊控制器优化中的应用方法

2.3 线性矩阵不等式(LMI)方法及应用

2.3.1 线性矩阵不等式方法概述

2.3.2 线性矩阵不等式的基本问题

2.3.3 Matlab LMI工具箱的使用

第3章 T-S模糊控制系统的稳定性分析及系统化设计

3.1 概述

3.2 前件变量采用标准模糊分划的T-S模糊控制系统

3.2.1 T-S模糊系统模型

3.2.2 标准模糊分划的有关定义

3.2.3 前件变量采用标准模糊分划的模糊系统的性质

3.3 T-S模糊系统的稳定性分析

3.3.1 扩展的Lyapunov稳定性理论

3.3.2 自由T-S模糊系统的稳定性分析

3.3.3 自由T-S模糊系统的稳定性分析示例

3.4 T-S模糊系统状态反馈控制器的系统化设计方法

3.4.1 并行分布补偿原理

3.4.2 采用状态反馈控制器的闭环T-S模糊系统的稳定性分析

3.4.3 模糊状态反馈控制器的系统化设计方法

3.4.4 模糊状态反馈控制器的系统化设计示例

3.5 T-S模糊系统输出反馈控制器的稳定性分析及系统化设计

3.5.1 前件变量采用系统输出的T-S模糊系统模型

3.5.2 前件变量采用系统输出的状态反馈控制器设计和稳定性分析

3.5.3 采用模糊观测器和模糊调节器的输出反馈控制器设计

3.5.4 输出直接反馈控制器的稳定性分析和设计

3.5.5 设计和仿真示例

3.6 前件变量采用双交叠模糊分划的T-S模糊控制系统设计

3.6.1 双交叠模糊分划的定义

3.6.2 前件变量采用双交叠模糊分划的模糊系统的性质

3.6.3 前件变量采用双交叠模糊分划的T-S模糊控制系统的设计方法

3.7 小结

第4章典型模糊控制器的插值形式研究

4.1 概述

4.2 单输入单输出典型Mamdani模糊控制器的插值形式

4.2.1 基本假设

4.2.2 模糊控制器的插值形式

4.3 双输入单输出典型Mamdani模糊控制器的插值形式

4.3.1 基本假设

4.3.2 采用“Max-Min”推理时的插值形式

4.3.3 采用“Sum-Product”推理时的插值形式

4.4 典型T-S模糊控制器的插值形式

4.4.1 单输入单输出典型T-S模糊控制器的插值形式

4.4.2 双输入单输出典型T-S模糊控制器的插值形式

4.5 模糊控制器插值机理的应用

4.5.1 在模糊控制器本质特征分析中的应用

4.5.2 在优化设计中的应用

4.5.3 在实时控制中的应用

4.6 小结

第5章 TS-PID模糊控制器的稳定性分析及优化设计

5.1 概述

5.2 典型TS-PID模糊控制器的模型

5.2.1 单输入单输出典型TS-PID模糊控制器的模型

5.2.2 双输入单输出典型TS-PID模糊控制器的模型

5.3 典型TS-PID模糊控制器的解析模型

5.3.1 单输入单输出典型TS-PID模糊控制器的插值形式

5.3.2 双输入单输出典型TS-PID模糊控制器的插值形式

5.4 TS-PID模糊控制器的稳定性分析

5.4.1 钝性定理

5.4.2 PID控制器的钝性分析

5.4.3 一阶控制对象的TS-PID模糊控制器稳定性分析

5.4.4 二阶控制对象的TS-PID模糊控制器稳定性分析

5.4.5 非线性控制对象的TS-PID模糊控制器稳定性分析

5.4.6 仿真示例

5.5 典型TS-PID模糊控制器的优化设计

5.5.1 采用遗传算法优化TS-PID模糊控制器的方法

5.5.2 优化设计和仿真示例

5.6 小结

第6章船舶减摇鳍模糊控制器的系统化设计与仿真

6.1 概述

6.2 船舶减摇鳍控制系统模型

6.2.1 船舶减摇鳍控制系统的工作原理和组成

6.2.2 船舶的线性横摇运动模型

6.2.3 船舶的非线性横摇运动模型

6.2.4 其他组成部分模型

6.3 海浪干扰的数学模型和计算机仿真

6.3.1 长峰波随机海浪仿真的理论基础

6.3.2 海浪仿真的具体方法

6.4 船舶减摇鳍TS-PID模糊控制器设计

6.4.1 船舶减摇鳍TS-PID模糊控制器的模型

6.4.2 船舶减摇鳍TS-PID模糊控制器的稳定性分析

6.4.3 船舶减摇鳍TS-PID模糊控制器的优化设计

6.4.4 船舶减摇鳍TS-PID模糊控制器的仿真结果

6.4.5 小结

6.5 船舶力控减摇鳍模糊控制器设计及稳定性分析

6.5.1 船舶力控减摇鳍控制系统的模糊建模

6.5.2 船舶力控减摇鳍模糊控制器的设计与仿真

6.5.3 小结

第7章结论

创新点摘要

攻读博士学位期间公开发表的论文

致谢

参考文献

发布时间: 2005-10-13

参考文献

[1].鲁棒滑模反步控制法及其在减摇鳍中的应用[D]. 张海鹏.哈尔滨工程大学2004
[2].船舶减摇鳍系统智能控制及其可视化仿真的研究[D]. 李晖.大连海事大学2003
[3].鳍水动力应用及鳍和水舱综合减摇系统研究[D]. 陈放.哈尔滨工程大学2005
[4].减摇鳍的动态水动力特性及电伺服系统研究[D]. 姚绪梁.哈尔滨工程大学2005
[5].船舶零航速减摇鳍及其电动伺服系统研究[D]. 罗延明.哈尔滨工程大学2007
[6].零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D]. 王龙金.哈尔滨工程大学2009
[7].零航速减摇鳍仿生机理及控制关键技术[D]. 王帆.哈尔滨工程大学2010
[8].基于升力反馈的全航速减摇鳍研究[D]. 宋吉广.哈尔滨工程大学2012
[9].船舶减摇鳍/减摇水舱综合减摇试验装置研究[D]. 于立君.哈尔滨工程大学2008
[10].船舶零航速减摇鳍升力机理及系统模型研究[D]. 綦志刚.哈尔滨工程大学2008

模糊控制器的解析研究及在减摇鳍控制中的应用

猜你喜欢