非线性系统自适应模糊跟踪控制研究.pdf

青岛大学
硕士学位论文
非线性系统自适应模糊跟踪控制
姓名:张月
申请学位级别:硕士
专业:系统理论
指导教师:陈兵
20120531
摘要关键词:非线性时滞系统;方法;函数;模糊跟踪控制;稳定性非线性和时滞的现象在客观世界和工业系统控制中是普遍存在的,系统中的非线性、不确定性、时滞性时常会导致受控系统性能下降,给控制理论方法的应用带来了不便。基于上述问题,论文主要对系统中带有非线性函数、时滞项的不确定系统展开研究。提出了新的直接、间接自适应模糊跟踪控制方案,模糊逻辑系统用于对系统中未知函数建模,随后基于方法和自适应技术设计模糊自适应控制器。所设计的模糊自适应控制器确保闭环系统的所有信号是一致有界的,同时跟踪误差收敛到原点的一个充分小的邻域内。另外,为了降低系统控制的在线计算负担,所设计的控制器不涉及模糊基向量函数。本文主要包括以下三部分:第一部分针对本文中要用到的基本知识做以必要的介绍。第二部分是对一类含有未知非线性函数的非线性不确定系统,提出了自适应模糊跟踪控制方案。模糊逻辑系统用于系统中的未知的非线性函数建模,自适应和技术用于设计控制器。第三部分考虑一类带有非线性函数时滞系统的跟踪控制问题,将第二章提出的设计方法拓广到非线性时滞系统上,提出了直接和间接的自适应模糊跟踪控制设计方法。虽然上述的系统不同,但是对于这些不同的系统,都可以利用自适应技术和方法结合设计模糊自适应控制器。设计的模糊自适应控制器确保了闭环系统的所有信号是一致有界的,同时也确保了跟踪误差收敛到原点的一个充分小的邻域内。仿真算例用于验证所提出方法的有效性。
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引言从世纪中叶开始线性系统理论的相关研究已逐步形成了相对完整的理论体系,并且在国防和工业控制等问题上得到了应用。近代社会生产水平的不断进步和现代工业对控制系统性能要求的提高,传统的线性反馈控制难以满足实际需求。更重要的是自然界和现实生活中几乎所有的实际存在的系统都是非线性的。非线性是绝对的、全局的,而线性则是相对的、局部的,也就是说线性系统只是在一定范围内和一定程度上对非线性系统的近似描述而已随着科学技术的发展,在航空技术、航海技术乃至航天技术还有工业控制技术等方面的快速发展,对含有复杂的非线性、不确定性因素以及时滞现象的研究要求得到更有效的控制方案。“不确定性侵该枋霰豢囟韵蠹捌浠肪车氖P筒皇完全确定的,其中包含一些未知因素和随机因素。所以在系统的内部或者是系统的外部必然会表现出一定程度的不确定性。由于各个领域对控制精度和自适应性能要求的不断提高,同时研究的实际对象日益复杂,而且非线性和不确定性时时刻刻都存在,使得许多实际对象不能用数学模型精确描述,从而精确的设计系统的控制器十分困难。于是,基于传统的控制理论和方法可能很难设计出符合现实需要的控制器。后来,随着现代控制理论的发展并取得了诸如状态空间法、稳定性理论、最优控制、随机控制、参数估计等一系列成果,相应技术的进步使得自适应控制技术诞生了。随后的十年,自适应控制理论发展的特别快,学者们分别在不确定、和随机、连续和离散系统的自适应控制理论方面做出了成就,在系统的控制方案、稳定性、收敛性等方面都有了突破性的进展,并在工程上有了应用别。自适应控制有一个显著的优点就是具有在线学习不确定参数的能力,最终可以达到理想的控制效果。方法是在年由热嗽谖南譽中首次提出,并且得到学者们的广泛关注发蟆椒ㄔ谏杓拼嬖诟扇呕虿宦闫ヅ涮跫的不确定系统的鲁棒或自适应控制器时,具有明显的优越性并且得到了很多的研究成果博昝拦永D嵫谴笱У腪教授创建了模糊集理论停媚:逻辑来处理系统中非线性未知函数是很有效,也是模糊控制理论发展的基础。近年来,一些进步的学者将设计技术和自适应模糊控制理论结合在一起提出了一些非线性自适应模糊控制方法‘铩刂品椒ǖ优点就在于能够有效的处理严格反馈非线性未知系统控制问题。大家公认模糊控制是解决复杂非线性系统建模和非线性系统控制问题的行之有效的方法。主要在于模糊系统具有万能逼近性,在国际自动控制领域已经把不确定非线性系统的自适应模糊控制作为一个研究方向。模糊控制的优点在解决过去用常青岛大学硕士学位论文
规方法难于解决的问题具有一定的优越性同时又有重要的理论意义,可以说模糊控制的出现而且与自适应方法的结合为不确定的非线性系统建模与控制提供了重要的理论依据。在上世纪五十年代由于飞行器控制的需要,美国麻省理工学院幕程乜教授首先提出了参考模型自适应方法,并且考虑用它来处理飞行器的自动驾驶仪的问题。但介于当时计算机技术和控制理论的发展水平有限,新的控制思想没有得到很好的普及和推广。二十多年以后,自适应控制理论和系统的设计方法得到了很好的发展,工程上也取得了较大的进步。年美国加利福尼亚大学的控制