一类非线性系统自适应模糊控制器的研究与应用

论文摘要

自20世纪60年代以来,现代控制理论已经取得了很大的发展,尤其是在航天、航空等领域取得了辉煌的成果。而随着科学技术的迅速发展,也展现了一定的局限性。现代控制理论的基础是被控对象要建立精确的数学模型,但一些复杂的工业过程常常具有高度的非线性、不确定性、多变量、耦合性强及工况变化频繁等特点,因此其数学模型很难建立或者建立的数学模型的结构十分复杂,难以进行设计和实现有效地控制。非线性系统的模糊建模与自适应控制是在仿人智能的基础上实现对复杂不确定性系统的有效控制,它具有自适应和自学习能力。所以,深入研究非线性系统自适应模糊控制对解决复杂工业控制具有重要的理论意义与应用价值。本文主要针对一类非线性不确定系统利用自适应模糊控制器进行了研究。研究内容概括如下:1.研究一类单输入单输出非线性系统的自适应模糊控制的问题。通过模糊控制、H_∞控制与自适应控制相结合的方法,实现了对输出期望信号的跟踪问题。在设计控制器时把专家知识结合到模糊逻辑系统中,基于李雅普诺夫函数的方法给出模糊系统的参数自适应调节律,并严格证明了模糊控制系统的稳定性。最后通过仿真实例,验证了设计方案的有效性。2.将单输入单输出非线性系统的设计方法推广到一类有界外扰的多输入多输出非线性系统。在上述研究的基础上,针对对象具有不确定性和外部干扰的多输入多输出非线性系统的自适应模糊控制问题进行了研究。探讨了自适应模糊控制器的参数自适应律由跟踪误差与逼近误差共同进行调节,使得闭环系统的跟踪误差的收敛速度加快,并且跟踪误差满足一定的H_∞性能指标。3.研究了自适应模糊控制器在机器人的运动控制方面的应用。以一个两自由度机械手为例,通过建立机械手的动态模型,对机械手的轨迹跟踪进行了设计研究。最后通过仿真实验,结果表明该控制方案具有跟踪速度快、动态性能好、跟踪误差小的特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 模糊系统的建模方法
• 1.3 模糊控制的发展历史
• 1.3.1 常规模糊控制器
• 1.3.2 自适应模糊控制器
• 1.4 模糊系统的逼近理论
• 1.4.1 万能逼近理论
• 1.4.2 万能逼近理论的充分条件
• 1.4.3 万能逼近理论的必要条件
• 1.5 模糊系统与其它非线性系统建模方法的比较
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第二章 模糊理论基础
• 2.1 模糊集合
• 2.1.1 模糊集合的定义
• 2.1.2 模糊集合表示法
• 2.1.3 常用的隶属函数
• 2.2 模糊关系
• 2.2.1 模糊关系的定义
• 2.2.2 模糊关系的运算
• 2.3 模糊蕴涵关系
• 2.4 模糊控制基本原理
• 2.5 自适应模糊控制器的结构及其分类
• 2.5.1 自适应模糊控制器的结构
• 2.5.2 自适应模糊控制器的原理
• 2.5.3 自适应模糊控制器的分类
• 2.6 小结
• 第三章 一类单输入单输出非线性系统的自适应模糊控制
• 3.1 引言
• 3.2 一类SISO 非线性系统的模型及控制问题的描述
• 3.3 模糊自适应H ∞控制器的设计
• 3.4 模糊自适应算法
• 3.5 稳定性与收敛性分析
• 3.6 系统仿真
• 3.7 本章小结
• 第四章 一类多输入多输出非线性系统的自适应模糊控制
• 4.1 引言
• 4.2 系统描述
• 4.3 一类MIMO 非线性系统自适应模糊控制器的设计
• 4.4 稳定性及收敛性分析
• 4.5 仿真实验
• 4.6 本章小结
• 第五章自适应模糊控制在机械手轨迹跟踪中的研究与应用
• 5.1 引言
• 5.2 机械手的动态数学模型
• 5.2.1 悬臂梁数学模型的一些基本假设
• 5.2.2 悬臂梁数学模型的推导
• 5.3 机械手的自适应模糊控制器的设计
• 5.3.1 机械手的常规控制器的设计
• 5.3.2 机械手自适应模糊控制器的设计
• 5.4 系统的仿真
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 一 内容总结
• 二 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文