【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）PID參數(shù)自整定的改進(jìn)遺傳算法-信息科學(xué)與工程

數(shù)自整定的改進(jìn)遺傳算法 陶吉利 （中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075） 摘 要 文中提出了一種改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行 計(jì)了基于工程 異算子，通過(guò)仿真比較，表明該種算法的有效性。 關(guān)鍵詞 遺傳算法； 數(shù)自整定 on u 10075， a of is a on of 引 言 目前，隨著智能 控制理論的發(fā)展，許多學(xué)者將智能控制技術(shù)引入 專(zhuān)家 學(xué)習(xí) 經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 些智能 建立在優(yōu)化問(wèn)題具有連續(xù)導(dǎo)數(shù)的光滑搜索空間的基礎(chǔ)上。若搜索空間不可微或參數(shù)間為非線性的，則得不到全局最優(yōu)。遺傳算法是模仿自然界生物進(jìn)化論思想而得出的一種全局優(yōu)化算法。它對(duì)所優(yōu)化目標(biāo)的先驗(yàn)知識(shí)要求甚少，一般只需要知道其數(shù)值關(guān)系即可。同時(shí)由于遺傳算法群體的多樣性，使其盡可能在全方向上搜索，達(dá)到全局最優(yōu)。 器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在實(shí)際中容易被理解和實(shí)現(xiàn)而被廣泛應(yīng)用，而且許多高級(jí)控制都是以 耗時(shí)又耗力，加之實(shí)際系統(tǒng)千差萬(wàn)別，使 積累了很多可貴經(jīng)驗(yàn)，該文采用基于工程整定經(jīng)驗(yàn)的遺傳算法，對(duì) 數(shù)進(jìn)行自整定，有效提高了控制效果。 2 2 1 制器 式中： u（ n） 本次控制量； e（ n） 本次偏差； e（ n 1） 上次偏差； 例系數(shù)； 積分時(shí)間常數(shù)； 微分時(shí)間常數(shù)； T 采樣周期。 由于增量式 法的優(yōu)點(diǎn) 1，式（ 2 1）很容 易導(dǎo)出增量 該文采用增量式 法。在幾十年的 數(shù)調(diào)整過(guò)程中，人們積累了大量的有用經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)人比例、后積分、再微分的整定步驟，根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變各參數(shù)，以期得到滿意的控制效果。 在工程中，常選用式（ 2 3），取 n 1，即 則，作為最優(yōu)準(zhǔn)則類(lèi)型。 對(duì)各種目標(biāo)函數(shù)得出了最優(yōu) 數(shù)整定的算法 2，并給出下面的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)： 當(dāng)其最小值時(shí)，控制系統(tǒng)為最佳狀態(tài)， N 為系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的最大控制次數(shù)。 由上分析，在被控制對(duì)象模型和 個(gè)參數(shù)需要確定，分別為 d。同時(shí)文獻(xiàn) 3表明用遺傳算法整定的 中提出一種基于工程經(jīng)驗(yàn)的遺傳算法進(jìn)行 2 2 遺傳編碼構(gòu)造 改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行 想和方法是： 個(gè)參數(shù)，構(gòu)造一對(duì)染色體，對(duì)于同一控制對(duì)象，可認(rèn)為 整個(gè)系統(tǒng)的控制性能影響較大，分配一個(gè)染色體， 們都采用二進(jìn)制編碼。 2 3 適應(yīng)度函數(shù)的計(jì)算及種群更新策略 適應(yīng)度函數(shù)通常與模型的目標(biāo)函數(shù)值是相關(guān)的，文中選用 則，由于遺傳算法一般是求適應(yīng)值最大，簡(jiǎn)化的 正值，故取適應(yīng)度函數(shù) f（ x） 對(duì) 采用比例項(xiàng)，計(jì)算簡(jiǎn)單，收斂速度快。整定的 于下一步整定 時(shí)采用一般的（ 2 2）增量 式 u （ n）。 g （ n）與具體系統(tǒng)有關(guān)，由 G（ s）離散化，并分離出 y（ n）得到， 為了減少迭代次數(shù)，加快收斂速度，適應(yīng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，設(shè)新產(chǎn)生個(gè)體的適應(yīng)度為 f ， 記錄的最好適應(yīng)度， 足： 體，直接淘汰該子串。 2 4 交叉方法（交叉操作算法） 機(jī)選取兩個(gè)個(gè)體作為父項(xiàng) 生一隨機(jī)數(shù)以確定交叉位置，以該交叉點(diǎn)為分界處，把 行二進(jìn)制編碼的交叉互換。 算新產(chǎn)生個(gè)體的適應(yīng)度 f ，若 f認(rèn)為該交叉未產(chǎn)生優(yōu)良個(gè)體，取消此次交叉操作，具體實(shí) 現(xiàn)：原交叉點(diǎn)處再進(jìn)行一次同樣的交叉操作。若 f f 為當(dāng)前最好的個(gè)體，保留并更新 很顯然，經(jīng)上述交叉操作后，生成的新個(gè)體既保持了其整數(shù)的特點(diǎn)，又保證了個(gè)體的有效性和進(jìn)化的快速性。 2 5 變異方法（變異操作算法） 每個(gè)個(gè)體，其每一位產(chǎn)生 0， 1間隨機(jī)數(shù) r，若 r 該位進(jìn)行按位取反，即完成變異操作。 行適應(yīng)度函數(shù) f 計(jì)算，若 f則取消該次變異操作。若 f f 為當(dāng)前最好的個(gè)體，保留并更新 由于變異操作是在保證其變異的有效性上進(jìn)行的，因此通過(guò)變異操作生成的新個(gè)體也總是有效的，并使最優(yōu)個(gè)體快速進(jìn)化。 3 仿真比較 從工程實(shí)際角度出發(fā)，該文采用一階慣性加純滯后模型和二階慣性加純滯后模型進(jìn)行仿真比較，傳遞函數(shù)分別為： 根據(jù)以上策略和文獻(xiàn) 4策略分別用 編寫(xiě)遺 傳算法程序，并分別用 定 為單位階躍信號(hào)。 假定采樣周期 T 為 0 1 s， 數(shù)染色體采用 12 位二進(jìn)制編碼， 數(shù)組成一個(gè)染色體，用 16 位二進(jìn)制編碼表示。種群規(guī)模為 30，交叉概率 0 85，變異概率 0 05，優(yōu)化準(zhǔn)則 N 50。 數(shù)自整定尋優(yōu)結(jié) 果見(jiàn)表 3 1、表 3 2 所示。表3 1中該文 0 73544，小于文獻(xiàn) 4 0 900158。表 3 2中該文 0 708820，小于文獻(xiàn) 4 1 244750。 真結(jié)果如圖 3 1、圖 3 2 所示，曲線 2 為文中整定優(yōu)化的 制器階躍響應(yīng)控制曲線，曲線 1 為按文獻(xiàn) 4法整定優(yōu)化的 制器響應(yīng)曲線。很明顯，曲線2 的階躍響應(yīng)較曲線 1 要快。 4 結(jié) 論 該文提出的遺傳算法不但可實(shí)現(xiàn) 且實(shí)現(xiàn)了 數(shù)的全局優(yōu)化，提出的交叉和變異算子加快了收斂速度，與遞推最小二乘等系統(tǒng)辨識(shí)方法結(jié)合，可望應(yīng)用于控制系統(tǒng)的上位機(jī)程序，解決工程實(shí)際問(wèn)題。 直流輸電控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化 中國(guó)直流網(wǎng) (C 成勇 1 張一工 1 賈秀芳 1 臧立春 1 施 慧 2 【摘要】 基于 界面圖形化方式，提出以擴(kuò)充臨界比例法為基礎(chǔ)的直流輸電系統(tǒng) 制器參數(shù)優(yōu)化方法。動(dòng)模試驗(yàn)表明，該方法能得到良好的控制品質(zhì)，且顯著提高了參數(shù)優(yōu)化的效率。 【關(guān)鍵詞】 制 參數(shù)優(yōu)化 階躍響應(yīng) 動(dòng)模實(shí)驗(yàn) C ID on of ID 著現(xiàn)代控制理 論迅速發(fā)展，出現(xiàn)許多新的控制算法，然而在工業(yè)過(guò)程控制中，至今 是因?yàn)?制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)定義易于理解、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)。但實(shí)際中經(jīng)常由于參數(shù)整定不好而影響 制器的效果。迄今為止，還沒(méi)有為技術(shù)人員使用的集現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的參數(shù)優(yōu)化裝置。 直流輸電系統(tǒng)的定電流、定電壓控制通常采用 制算法，為避免參數(shù)優(yōu)化過(guò)程的盲目性，提高采用參數(shù)整定的效率，提出了基于界面圖形化方式下以擴(kuò)充臨界比例法為基礎(chǔ)的 制器參數(shù)優(yōu)化方法。該方法采用的擴(kuò)充臨界比例法確定 參數(shù)的范圍，以階躍響應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值定量評(píng)價(jià)控制品質(zhì)。該方法在舟山直流輸電工程微機(jī)控制系統(tǒng)中成功地得到應(yīng)用。 1 直流輸電系統(tǒng)的控制原理 直流輸電系統(tǒng)能通過(guò)換流器觸發(fā)脈沖相位的控制，實(shí)現(xiàn)快速、多種方式的調(diào)節(jié)和控制。為使直流輸電系統(tǒng)有良好運(yùn)行工作點(diǎn)，工程中在整流側(cè)和逆變側(cè)均裝有自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，一般情況下整流側(cè)運(yùn)行在定電流方式，逆變側(cè)運(yùn)行在定電壓 0 方式。本文以定電流控制為例，說(shuō)明控制和參數(shù)優(yōu)化的原理，定電壓控制與此類(lèi)似。定電流控制的原理框圖如圖 1 所示。 圖 1 定電流調(diào)節(jié)原理 由于換流器的輸出電 壓與觸發(fā)脈沖相位 之間是非線性關(guān)系，為保證控制品質(zhì)，需引入非線性環(huán)節(jié)，以使換流器的空載輸出電壓與 制輸出 V(k)線性化。 2 控制算法 控制算法即控制器的操作方式，是控制器對(duì)過(guò)程變量的實(shí)測(cè)值與設(shè)定值之間的誤差信號(hào)的響應(yīng)。 制算法是按誤差的比例、積分、微分進(jìn)行控制的，理論上已經(jīng)證明這種控制算法對(duì)純滯后特性的受控對(duì)象是一種最佳的常規(guī)控制算法。 在高壓直流輸電系統(tǒng)中，觸發(fā)控制環(huán)節(jié)即為純滯后環(huán)節(jié)，所以，在 統(tǒng)中采用 制算法是合適的。文中 法采用的是位置算式。為抑制積分項(xiàng)可能引 起的操作量過(guò)度，防止動(dòng)態(tài)過(guò)程中過(guò)大的積分量造成系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞，或延長(zhǎng)了到達(dá)穩(wěn)定過(guò)程的時(shí)間，控制系統(tǒng)采用了非線性 制算法，即 離法。當(dāng)誤差較大時(shí)投入 法，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，誤差較小時(shí)投入 法，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 離算法較 法超調(diào)量明顯減少。 為便于程序設(shè)計(jì)，文中對(duì) 制算法作了一些簡(jiǎn)化，在時(shí)域內(nèi) 制表達(dá)式為： 其中， 比例系數(shù)， 積分時(shí)間， 微分時(shí)間， E(K)為偏差值， V(0)是控制量的基準(zhǔn)值， V(k)為控制量。 對(duì)上式適當(dāng)變形并引入 制算法，得到： 這里 M 為是否投入積分的誤差限量。 3 節(jié)參數(shù)優(yōu)化過(guò)程 由于 節(jié)參數(shù)有明確的物理意義，為整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程參數(shù)的優(yōu)化提供了方便。參數(shù)優(yōu)化過(guò)程是在理論指導(dǎo)下，借助界面圖形化的工控機(jī)在線顯示系統(tǒng)，由實(shí)驗(yàn)方法得到的。實(shí)驗(yàn)方法分幾步完成，逐漸優(yōu)化，直到達(dá)到滿意的調(diào)節(jié)質(zhì)量為止。在優(yōu)化過(guò)程中對(duì)各種方式的品質(zhì)進(jìn)行了定量對(duì)比。 充臨界比例法確定 數(shù) 采用比例控制形成閉環(huán)系統(tǒng)，比例系數(shù)從小逐漸加大，使閉環(huán)系統(tǒng)處于臨界震蕩狀態(tài) (穩(wěn)定邊界 )得 到的臨界振蕩狀態(tài)波形如圖 2 所示。此狀態(tài)下的振蕩周期 s。 圖 2 系統(tǒng)臨界振蕩波形 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定范圍，由單橋換流器構(gòu)成的舟山直流輸電系統(tǒng)特點(diǎn)決定，僅在脈沖觸發(fā)閥換向時(shí)，才對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，即每 3.3 制一次，即有 3.3 就是 c。 由表 1 提供的經(jīng)驗(yàn)公式以上的情況接近 c，可得 數(shù)的大致范圍為 1 800， 370， 4 000 附近。 表 1 擴(kuò)充臨界比例法的 制器參數(shù)的范圍 p d 立目標(biāo)函數(shù) 以調(diào)節(jié)器整定值發(fā)生階躍變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià)調(diào)節(jié)器的品質(zhì)?？紤]到穩(wěn)態(tài)誤差與調(diào)節(jié)時(shí)間的綜合效應(yīng)，確定以式 (3)作為各參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)： 式中 E(t)為 t 時(shí)刻電流的誤差值，將式 (3)差分化，得到： 為減小在線計(jì)算的工作量，略去了 (T)2 項(xiàng)，取 K 200，即計(jì)算調(diào)節(jié)器整定值發(fā)生階躍變化后 667 的 Q 值，這樣實(shí)際在線計(jì)算中表達(dá)式為： 本文設(shè)計(jì)的圖形化界面，使系統(tǒng)每發(fā)生一次定值改變后，即在屏幕上顯示階躍響應(yīng)曲線的波形，并顯示此階躍的 Q 值。非階躍試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)菜單選擇，可在線監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)電壓和電流的波形，每 0.8 s 更新一次畫(huà)面。 建立了目標(biāo)函數(shù) Q，調(diào)節(jié)品質(zhì)的比較有了有力的工具。 Q 值的屏幕在線顯示，為參數(shù)的反復(fù)優(yōu)化提供了便捷的途徑。 數(shù)優(yōu)化步驟 參數(shù)優(yōu)化分步進(jìn)行，按比例調(diào)節(jié)與比例積分 分分離 例積分微分 步優(yōu)化，并對(duì)各種調(diào)節(jié)方式進(jìn)行指標(biāo)對(duì)比。 首先僅進(jìn)行 節(jié)，以擴(kuò)充臨界比例法確定的范圍，進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最后確定 1 500時(shí) Q 最小，階躍響應(yīng)波形如圖 3。 圖 3 比例調(diào)節(jié)時(shí)的階躍響應(yīng)波形 從圖 3 可見(jiàn)，僅進(jìn)行比例調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)不好，穩(wěn)態(tài)時(shí)存在誤差，為克服后一問(wèn)題，引進(jìn)積分調(diào)節(jié)，從小到大增加， 1 700， 110 時(shí)， Q 值較佳。見(jiàn)圖 4， 比經(jīng)驗(yàn)公式確定的值要小得多，這與系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù) 很大有關(guān)系。積分的引入使系統(tǒng)靜差減少，但超調(diào)更嚴(yán)重了。 圖 4 比例積分 (節(jié)時(shí)的階 躍響應(yīng)波形 積分分離的 系統(tǒng)的超調(diào)較 少，見(jiàn)圖 5。進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，減少達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，必須引進(jìn)微分調(diào)節(jié) 小到大，反復(fù)選擇 Q 值在上跳和下跳時(shí)均達(dá)到較小值，獲得了滿意的調(diào)節(jié)品質(zhì)，見(jiàn)圖 6。 圖 5 節(jié)時(shí)的階躍響應(yīng)波形 圖 6 節(jié)時(shí)的階躍響應(yīng)波形 不同調(diào)節(jié)方式的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果和性能指標(biāo)見(jiàn)表 2 和表 3。 表 2 不同調(diào)節(jié)方式定電流調(diào)節(jié)的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果 調(diào)節(jié)方式 i P 1 500 700 100 650 110 600 110 3 500 表 3 不同調(diào)節(jié)方式定電流調(diào)節(jié)的性能指標(biāo) 調(diào)節(jié)方式 超調(diào)量 /% 調(diào)節(jié)時(shí)間 /態(tài)誤差 Q 值 P 20 較大 1 90 很小 2 70 很小 1 05 很小 4 結(jié)論 動(dòng)模試驗(yàn)證明，以擴(kuò)充臨界比例為基礎(chǔ)的 制器參數(shù)優(yōu)化法是成功的，參數(shù)優(yōu)化界面圖形化使參數(shù)優(yōu)化過(guò)程直觀明了，大大縮短了優(yōu)化時(shí)間，并得到了滿意的調(diào)節(jié)品質(zhì) 。 作者單位： 1 華北電力大學(xué) (保定 071003) 2 長(zhǎng)春電力高等專(zhuān)科學(xué)校 (長(zhǎng)春 130012) 收稿日期： 1998責(zé)任編輯 紫 君 ) 過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng) 綜合的研究 1 引 言 電廠鍋爐過(guò)熱汽溫在運(yùn)行中是否具有較好的控制品質(zhì)和魯棒性(與鍋爐機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著密切的關(guān)系。在電廠中實(shí)現(xiàn)過(guò)熱汽溫的自動(dòng)調(diào)節(jié)是重要的。但對(duì)過(guò)熱汽溫被控對(duì)象，當(dāng)工況大范圍變化時(shí)，動(dòng)態(tài)特性或模型參數(shù)將有很大變化。對(duì)于這類(lèi)被控對(duì)象，采用基于對(duì)象模型識(shí)別的常規(guī)自適應(yīng)控制器以及目前已 提出的模糊自適應(yīng)控制器或者基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)控制器，由于計(jì)算量大，控制規(guī)律復(fù)雜，很難滿足實(shí)時(shí)性要求 1 。文獻(xiàn) 1并且指出，對(duì)這類(lèi)被控對(duì)象，用一套固定參數(shù)的控制器不能保證各種工況下控制系統(tǒng)的品質(zhì)；并且通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了若采用已經(jīng)成熟了的常規(guī) (經(jīng)典 )固定參數(shù) 難保證在所有工況范圍內(nèi)系統(tǒng)均具有較好的控制品質(zhì)，甚至閉環(huán)系統(tǒng)將產(chǎn)生漸擴(kuò)振蕩。因此，似乎可認(rèn)為串級(jí)控制系統(tǒng)本身對(duì)大慣性過(guò)程控制的有效性是有限的，其實(shí)不然，詳見(jiàn)本文內(nèi)容。在被控對(duì)象攝動(dòng)時(shí)，現(xiàn)已提出的相位補(bǔ)償法及狀態(tài)變量控制器設(shè) 計(jì)方法 2 ，同常規(guī) 于對(duì)被控對(duì)象攝動(dòng)問(wèn)題沒(méi)有提出系統(tǒng)的解決方法，同樣不能保證具有良好的魯棒性能。 綜合是近年來(lái)發(fā)展的研究不確定系統(tǒng)魯棒性能設(shè)計(jì)的有效工具，為過(guò)熱汽溫的魯棒性能設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。本文研究了控制對(duì)象具有增益攝動(dòng)和大延遲特性，且延遲時(shí)間可在一定范圍內(nèi)攝動(dòng)的 綜合魯棒設(shè)計(jì)問(wèn)題，給出了 綜合魯棒 真研究表明，本文的設(shè)計(jì)方法是有效的。 2 鍋爐過(guò)熱汽溫控制問(wèn)題 鍋爐過(guò)熱汽溫閉環(huán)系統(tǒng) 3 如圖 1。圖中 K1(s)、 K2(s)分別為副調(diào)節(jié)器和主調(diào)節(jié)器。 G1(s)、 G2(s)分別為導(dǎo)前區(qū)及惰性區(qū)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)。 H1(s)、 H2(s)分別為導(dǎo)前汽溫和過(guò)熱汽溫測(cè)量單元。 圖 1 過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)框圖 被控名義對(duì)象模型為 (1) (2) 在串級(jí) 用文獻(xiàn) 3中整定的參數(shù)，即 K1(s)=25 (3) (4) H1(s)=H2(s)= (5) 在本文設(shè)計(jì)中，僅主調(diào)節(jié)器 K2(s)(設(shè)計(jì)中記為 K 2(s)采用 綜合魯棒控制，其它環(huán)節(jié)不變。設(shè)溫度調(diào)節(jié)對(duì)象惰性區(qū)具有增益和大延遲攝動(dòng)，并設(shè)實(shí)際模型 (此時(shí)的 G2(s)記為 G 2(s)為 (6) 設(shè)計(jì)問(wèn)題是尋找一個(gè) 得系統(tǒng)在被控對(duì)象增益及延遲攝動(dòng)下，不僅要保證魯棒穩(wěn)定性，而且要滿足一定的性能。即要求在對(duì)象攝動(dòng)下保證魯棒性能。 3 鍋爐過(guò)熱汽溫控制問(wèn)題的 綜合 圖 1所示的過(guò)熱汽溫控制問(wèn)題可整理成圖 2的魯棒性能標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題 4 ，圖中 (7) 圖 2 魯棒性能標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題 其中 (8a) (8b) (8c) (8d) 魯 棒性能需要用結(jié)構(gòu)奇異值 來(lái)分析，對(duì)圖 2所示系統(tǒng)滿足魯棒性能的充要條件是 4 (9) 關(guān)于常規(guī) 綜合魯棒性能設(shè)計(jì)見(jiàn)文獻(xiàn) 4?？紤]到 文 值簡(jiǎn)單計(jì)算見(jiàn)文獻(xiàn) 5。 根據(jù) (10) 可取設(shè)計(jì)系統(tǒng)乘性不確定性權(quán)函數(shù)為 (11) 性能權(quán)函數(shù)的選擇應(yīng)具有積分特性，應(yīng)使其具有低頻高增益特點(diǎn)，以提高系統(tǒng)的帶寬并可增強(qiáng)抑制干擾的能力，故取為 (12) 式中 是可調(diào)參數(shù)，要在 綜合注解中來(lái)確定其最大的可能值，即最大帶寬。 關(guān)于乘性不確定性權(quán)函數(shù)及性能權(quán)函數(shù)的選擇原則見(jiàn)文獻(xiàn) 6。 設(shè)所求 綜合魯棒 (13) 即 對(duì)過(guò)熱汽溫被控對(duì)象采用 綜合設(shè)計(jì)。將式 (13)代入式 (9)，并用單純形調(diào)優(yōu)法，求解式 (9)，調(diào)整 =得次最優(yōu) 綜合魯棒 (14) 4 仿真研究 為了檢驗(yàn)本文所提出的 綜合魯棒 制器設(shè)計(jì)方法的有效性，本文將之與采用常規(guī) 行了比較。圖 3為 中曲線 1為本文的設(shè)計(jì)結(jié)果，曲線 2為文獻(xiàn) 3的設(shè)計(jì)結(jié)果。 圖 3 名義系統(tǒng)響應(yīng) y 圖 4為 =30s) 輸出 y 響應(yīng)曲線。圖中曲線 1 為本文的設(shè)計(jì)結(jié)果，曲線 2為文獻(xiàn) 3的設(shè)計(jì)結(jié)果。 圖 4 攝動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng) y 從圖可以看出，當(dāng)工況大范圍變化時(shí)，常規(guī)已成熟了的 于參數(shù)整定不好 (無(wú)法在設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的考慮被控對(duì)象的攝動(dòng)問(wèn)題 )，很難保證在所有工況范圍內(nèi)控制系統(tǒng)均具有較好的品質(zhì)。在攝動(dòng)情況下，采用常規(guī) 環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生漸擴(kuò)振蕩。而采用本文提出的 綜合魯棒 以得到比較好的控制品質(zhì)。當(dāng)對(duì)象增益和延遲 在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)變化時(shí)，仿真結(jié)果有與上述相同的結(jié)論。 5 結(jié)論 本文對(duì)具有增益及延遲攝動(dòng)的過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)進(jìn)行了 綜合魯棒 獲得的 綜合魯棒 確、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，而且滿足設(shè)計(jì)所要求的魯棒性能。提高了對(duì)大慣性過(guò)程控制的有效性，也提高了電廠鍋爐汽溫系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷 (模型變化 )的適應(yīng)性。且由于考慮到了串級(jí)系統(tǒng)的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的求解簡(jiǎn)單、明了。 基金項(xiàng)目：本研究得到天津大學(xué)青年教師和留學(xué)回國(guó)人員基金、天津大學(xué)博士后基金的資助 作者簡(jiǎn)介：恒慶海： 1964年生， 1998年于天津大學(xué)電工學(xué)科獲博士后證書(shū)，現(xiàn)為天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與能源工程學(xué)院副教授。 作者單位：恒慶海 (天津大學(xué)，天津 300072) 恒慶珠 (天津大學(xué)，天津 300072) 許鎮(zhèn)琳 (天津大學(xué)，天津 300072) 賀家李 (天津大學(xué)，天津 300072) 魯婧 (摩托羅拉 (中國(guó) )電子有限公司，天津 300457) 參考文獻(xiàn)： 1范永勝等 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 1997； 17(1)： 23 28. 2李勤等 吹制的鍋爐過(guò)熱汽溫控制方法的研究 1992；12(1)： 53 56. 3陳來(lái)九 北京：水利電力出版社， 1982， 311 327. 4 C.A in 0987， 365 372. 5恒慶海等 統(tǒng)的魯棒性能設(shè)計(jì) 1999； 16(2) 6恒慶海等 制理論在過(guò)熱汽溫控制中應(yīng)用的研究 1999； 32(1)： 68. 水電站電液調(diào)速器運(yùn)行參數(shù)整定值的試驗(yàn)選取 彭文季 湖南省保靖縣水利電力局 (416500) 盡管微機(jī)調(diào)速器采用了自適應(yīng)控制技術(shù)，是水輪機(jī)調(diào)速器的發(fā)展方向，但由于電站技術(shù)水平和價(jià)格承受能力等因素，現(xiàn)在中小型水電站仍在廣泛使用電液調(diào)速器。合理的調(diào)速器校正裝置參數(shù)對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)能否滿足要求很關(guān)鍵，一般通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)可尋求到校正裝置參數(shù)的合理整定值。對(duì)采用置法或開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性法手工計(jì)算；對(duì)采用 節(jié)規(guī)律的調(diào)速器的整定參數(shù)通常是用試驗(yàn)的方法選取，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)事先選取若干組參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，在穩(wěn)定性滿足要求的基礎(chǔ)上，取動(dòng)態(tài)品質(zhì)最優(yōu)的一組作運(yùn)行參數(shù)整定?，F(xiàn)行的電液調(diào)速器多采用 面介紹用試驗(yàn)法選取電液調(diào)速 1 空載擾動(dòng)試驗(yàn) 選取一組能使調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定并滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的動(dòng)態(tài)指標(biāo)的參數(shù)，以利于機(jī)組并網(wǎng)、帶負(fù)荷。 (1)根據(jù)電站的具體條件，事先選擇參數(shù)組。由于電液轉(zhuǎn)換器行程放大比 K，一般有 1:1、 1:1:2、 1:3這幾個(gè)位置，因而做試驗(yàn)時(shí)可先選擇其中一個(gè)，如1: (2)選擇 直接選取各參數(shù)，目前尚無(wú)規(guī)律可循，現(xiàn)在主要是利用水流慣性時(shí)間常數(shù) ，根據(jù)斯坦因或克里夫琴科的建議公式進(jìn)行換算。其建議公式：暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) (1 /沖時(shí)間常數(shù) (1、微分時(shí)間常數(shù) 算成電調(diào) 比例增益 (1+Td)分時(shí)間 分時(shí)間 做試驗(yàn)時(shí)，設(shè)定某一 的最小值和最大值可計(jì)算得 后分別取各大小值的中間值連同原來(lái)的兩組共有三組數(shù)值，再加上永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) %、 6%、 8%三個(gè)值，一共 4個(gè)因素列成表 (見(jiàn)表 1、考慮動(dòng)態(tài)品質(zhì)因素，對(duì) 、小值輪換取值 )，根據(jù)這些數(shù)值分別做空載擾動(dòng)試驗(yàn)，一般可從這 9組數(shù)值中選出一組較為合理的參數(shù)作為整定參數(shù)。 表 1 D 4% 1 1 1 2 2 2 3 3 3 6% 1 2 3 2 3 1 2 3 1 8% 1 3 2 2 1 3 3 2 1 注： 、大三組數(shù)值分別用 1、 2、 3表示。 (3)試驗(yàn)方法： 將上述表中的每組數(shù)值分別作空擾試驗(yàn)，每進(jìn)行一次，都要將該組數(shù)值整定到調(diào)速器上相應(yīng)的刻度。 使機(jī)組頻率穩(wěn)定于 48用頻率給定旋鈕迅速將頻率調(diào)至 52調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，再由 52回 48測(cè)轉(zhuǎn)速表 (或用 或用儀器自動(dòng)記錄升和降兩次，觀察其轉(zhuǎn)速變化的過(guò)渡過(guò)程，通過(guò)對(duì)過(guò)渡過(guò)程的分析尋找出最優(yōu)整定參數(shù)組。 若用以上數(shù)組數(shù)值做空擾均達(dá)不到要 求，就應(yīng)作定性分析，如更換 新試驗(yàn)。 對(duì)找到的最優(yōu)參數(shù)組還應(yīng)再做一次試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，最后核實(shí)一下試驗(yàn)結(jié)果是否最優(yōu)，同時(shí)也檢驗(yàn)了試驗(yàn)的重復(fù)性，在認(rèn)為完全滿意后就以這組參數(shù)值做整定值。 2 負(fù)載擾動(dòng)試驗(yàn) (1)試驗(yàn)?zāi)康模哼x擇負(fù)載工況下最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)。 (2)試驗(yàn)方法： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取一些負(fù)載情況的參數(shù)組，因并網(wǎng)后對(duì)調(diào)速器的要求是速動(dòng)性，一般負(fù)載 載情況下的 單機(jī)帶負(fù)荷或在小電網(wǎng)中擔(dān)任主力時(shí)， 機(jī)組并入大電網(wǎng)時(shí) ，則可取 在選出的空載最佳整定參數(shù)下并網(wǎng)，利用功率給定旋鈕增減 10% 20%左右的額定負(fù)荷，同空載擾動(dòng)試驗(yàn)程序一樣 (電液轉(zhuǎn)換器行程放大比 ，可找到最優(yōu)調(diào)節(jié)過(guò)程，從而確定負(fù)載最優(yōu)整定參數(shù)。當(dāng)然，這種最優(yōu)參數(shù)是在某種運(yùn)行方式下取得的，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)針對(duì)電站可能的運(yùn)行方式多做幾組試驗(yàn)，以取得不同運(yùn)行方式下的最優(yōu)整定參數(shù) (備用 )。 3 甩負(fù)荷試驗(yàn) (1)試驗(yàn)?zāi)康模?檢驗(yàn)調(diào)節(jié)性能，以保證計(jì)算的合理性，驗(yàn)證空載擾動(dòng)試驗(yàn)和負(fù)載擾動(dòng)試驗(yàn)所選取的整定參數(shù)。 (2)試驗(yàn)方法 ： 在無(wú)水的情況下，利用緊急停機(jī)電磁閥，摸擬一次甩負(fù)荷試驗(yàn)，調(diào)整好導(dǎo)葉開(kāi)關(guān)時(shí)間。 對(duì)空載擾動(dòng)試驗(yàn)和負(fù)載擾動(dòng)試驗(yàn)所選取的整定參數(shù)下開(kāi)機(jī)并網(wǎng)，帶上負(fù)荷后，跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路器，觀察調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程，在取得滿意效果后即可確認(rèn)所選定的整定參數(shù)是最優(yōu)的。當(dāng)然，甩負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)該從 25%、 50%、 75%、 100%負(fù)荷逐級(jí)進(jìn)行。 4 要求 (1)試驗(yàn)要求： 試驗(yàn)應(yīng)在專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)小組統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行，并要事先擬好試驗(yàn)大綱，參試人員也應(yīng)熟悉試驗(yàn)大綱，以確保安全及試驗(yàn)順利進(jìn)行。 對(duì)試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作應(yīng)給予足夠重視，如測(cè) 試儀器是否完好，水輪發(fā)電機(jī)組要有監(jiān)護(hù)和操作要正確等，如果有一項(xiàng)出了問(wèn)題都會(huì)直接影響試驗(yàn)結(jié)果甚至使試驗(yàn)失敗。 (2)運(yùn)行要求： 通過(guò)空載擾動(dòng)試驗(yàn)獲得的空載最優(yōu)整定參數(shù)，能保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定，在以后的運(yùn)行過(guò)程中不能再變動(dòng)。 通過(guò)負(fù)載擾動(dòng)試驗(yàn)所獲得的負(fù)載最優(yōu)整定參數(shù)，在運(yùn)行時(shí)可根據(jù)機(jī)組單機(jī)帶負(fù)荷、并大電網(wǎng)或并小電網(wǎng)予以改變，以獲得最優(yōu)調(diào)節(jié)過(guò)程。因?yàn)殡娨赫{(diào)整器空載參數(shù)和負(fù)載參數(shù)的切換是通過(guò)發(fā)電機(jī)出口斷路器的輔助觸點(diǎn)控制的，即調(diào)速器不能識(shí)別是單機(jī)帶負(fù)荷還是并網(wǎng)。若原來(lái)是并大電網(wǎng)運(yùn)行，后改為單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行，若 不調(diào)整參數(shù)將不能保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若原來(lái)單機(jī)帶負(fù)荷后并入小電網(wǎng)中擔(dān)任主力機(jī)組，若不及時(shí)調(diào)整參數(shù) (滿足不了速動(dòng)性 )，也可能使小電網(wǎng)瓦解。 自適應(yīng)模糊控制幾個(gè)基本問(wèn)題的研究進(jìn)展 謝振華 程江濤 耿昌茂 (海軍航空工程學(xué)院青島分院航空軍械系 青島 266041 ) 周德云 (西北工業(yè)大學(xué) 西安 710072 ) 摘要 綜述了模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)性能提高三個(gè)基本問(wèn)題的研究 ,簡(jiǎn)述了應(yīng)用研究 ,最后對(duì)自適應(yīng)模糊控制的理論和應(yīng)用進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞 模糊控制 自適應(yīng)控 制 魯棒性 穩(wěn)定性 1 引言 自從 L. A. 出模糊集合論以來(lái) ,基于該理論形成一門(mén)新的模糊系統(tǒng)理論學(xué)科 ,在控制、信號(hào)處理、模式識(shí)別、通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái) ,有關(guān)模糊控制理論及應(yīng)用研究引起了學(xué)術(shù)界的極大興趣 ,取得了一系列成功的應(yīng)用和理論成果 ,與早期的模糊控制理論和應(yīng)用相比有了很大的發(fā)展。模糊控制理論成為智能控制理論的一個(gè)重要分支。 一般來(lái)講 ,模糊控制理論研究的核心問(wèn)題在于如何解決模糊控制中關(guān)于穩(wěn)定性和魯棒性分析、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 (包括規(guī)則的獲取和優(yōu)化、隸 屬函數(shù)的選取等 )、控制系統(tǒng)的性能 (穩(wěn)態(tài)精度、抖動(dòng)及積分飽和度等 )的提高等問(wèn)題 ,這己成為模糊控制研究中的幾個(gè)公認(rèn)的基本問(wèn)題。其中 ,穩(wěn)定性和魯棒性問(wèn)題的研究最為熱烈 ,從早期基于模糊控制器的 “ 多值繼電器 ” 等價(jià)模型的描述函數(shù)分析法 ,擴(kuò)展到相平面法、關(guān)系矩陣分析法、圓判據(jù)、 L 穩(wěn)定理論、基于滑?？刂破鞯谋容^法、模糊穴 計(jì)方法的研究也倍受關(guān)注 ,主要表現(xiàn)在對(duì)規(guī)則的在線學(xué)習(xí)和優(yōu)化、隸屬函數(shù)參數(shù)的優(yōu)化修正等應(yīng)用了多種思想 ,如最優(yōu)控制 的二次型性能指標(biāo)、自適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等思想。穩(wěn)態(tài)性能的改善一直是模糊控制學(xué)者所關(guān)注。 圍繞上述幾個(gè)基本問(wèn)題 ,出現(xiàn)了多變量模糊控制 1 ,2 、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 3 、神經(jīng)模糊技術(shù) 4 、自適應(yīng)模糊控制 5 、模糊系統(tǒng)辨識(shí) 6 等熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。在模糊控制理論與應(yīng)用方面 ,日本學(xué)者取得了很大的成就 7 ,我國(guó)學(xué)者在這方面也付出了不懈的努力 ,并取得了許多重要的成果。所有這些工作促進(jìn)了模糊控制的理論和應(yīng)用的快速發(fā)展。 本文擬對(duì)近幾年自適應(yīng)模糊控制幾個(gè)基本問(wèn)題的研 究現(xiàn)狀作一總結(jié) ,希望能從這一側(cè)面反映其研究情況和發(fā)展動(dòng)向。主要內(nèi)容包括 :( 1 )穩(wěn)定性分析問(wèn)題的研究 ;( 2 )系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究 ;( 3)系統(tǒng)性能提高的研 究 ;( 4 )應(yīng)用研究情況。 2 穩(wěn)定性分析 眾所周知 ,任何一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng) ,首先必須是穩(wěn)定的 ,否則這個(gè)系統(tǒng)就無(wú)法工作。因此 ,在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中 ,系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究占有重要的地位 ,模糊控制系統(tǒng)也是如此。由于模糊系統(tǒng)本質(zhì)上的非線性和缺乏統(tǒng)一的系統(tǒng)描述 ,使得人們難以利用現(xiàn)有的控制理論和分析方法對(duì)模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè) 計(jì) ,因此 ,模糊控制理論的穩(wěn)定性分析一直是一個(gè)難點(diǎn)課題 ,仍未形成較為完善的理論體系 ,還有許多理論問(wèn)題有待于進(jìn)一步解決。正因?yàn)槿绱?,近年來(lái)關(guān)于模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析已經(jīng)成為眾人關(guān)注的焦點(diǎn) ,發(fā)表的論文較 ,采用了各種思想和分析方法 ,主要有 :描述函數(shù)分析法、相平面法、關(guān)系矩陣分析法、L 穩(wěn)定理論、 據(jù)、圓判據(jù)、基于滑?？刂破鞯谋容^法、模糊穴 值穩(wěn)定性分析方法以及最近出現(xiàn)的魯棒控制理論分析方法和 L 陣不等式 )凸優(yōu)化方法等。 在模糊控制 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和設(shè)計(jì)中 ,采用的模糊邏輯系統(tǒng)大致有三種類(lèi)型 :( a)純模糊邏輯系統(tǒng) ;( b) 記為 )模糊邏輯系統(tǒng) 8 ;( c)具有模糊產(chǎn)生器和模糊消除器的模糊邏輯系統(tǒng) 9 。 基于純模糊邏輯系統(tǒng)的分析方法主要有 :描述函數(shù)分析法、相平面法、關(guān)系矩陣分析法、圓判據(jù)等 ,是較早期的穩(wěn)定性分析方法 ;基于 系統(tǒng)的分析方法主要為 L 定性理論、魯捧控制理論分析方法和 L 優(yōu)化方法 ;基于類(lèi)型 ( c)的模糊邏輯系統(tǒng)的分析方 法主要為自適應(yīng)控制理論方法 ;最近還出現(xiàn)了超穩(wěn)定理論、 于滑模控制器的比較法、模糊穴 值穩(wěn)定性分析等方法。其中 ,定性理論、自適應(yīng)控制理論、關(guān)系矩陣分析法占有很重要的地位 ,尤其是 L ;數(shù)值計(jì)算分析方法與模糊穴 ,但是穴 外 , 9提出了一種解決智能多層次復(fù)雜系統(tǒng)的建模和穩(wěn)定性分析的原理和思路。最后要提到的是模糊邏輯控制系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性問(wèn)題的 研究 1 0、 1 1 ,由于其與靈敏度分析和魯棒多變量反饋控制器的緊密聯(lián)系 ,可望為模糊邏輯控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析、性能評(píng)估等提供系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 下面是近幾年國(guó)內(nèi)外學(xué)者在此領(lǐng)域進(jìn)行的研究情況。需要指出的是 ,雖然目前的研究成果和文獻(xiàn)較多 ,模糊控制的應(yīng)用十分成功和廣泛 ,但是迄今為止模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍缺乏一個(gè)強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具和統(tǒng)一的方法 ,仍未形成較為完善的理論體系 ,還有許多理論問(wèn)題有待于進(jìn)一步探索。 2 . 1 關(guān)系矩陣分析方法 1 3提出利用模糊關(guān)系矩陣分析 閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性方法 ,給出了閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。 1 4 基于被控對(duì)象的規(guī)則模型 ,推導(dǎo)出閉環(huán)控制系統(tǒng)的語(yǔ)言關(guān)系模型 ,用語(yǔ)言關(guān)系矩陣討論了系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,給出了充分條件。 2 . 2 L 定性理論 1 5在 模型基礎(chǔ)上建立了一類(lèi)較實(shí)用的模糊控制模型 ,對(duì)該模型的連續(xù)和離散形式下的穩(wěn)定性給出了各自漸近穩(wěn)定的充分條件 ,并給出了構(gòu)造 L (正定矩陣 )的存在條件。使對(duì)復(fù)雜時(shí)變模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究 ,轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)每個(gè)模糊蘊(yùn)涵較簡(jiǎn)單的線性定常子系統(tǒng)的穩(wěn)定性研 究。 1 6 提出了非線性系統(tǒng)的模糊建模與控制的分析框架。其設(shè)計(jì)思想是 :首先用 模糊系統(tǒng)模型逼近非線性對(duì)象 ;然后利用了 “ 并 行分布補(bǔ)償 ( 的原理設(shè)計(jì)各子系統(tǒng)的模糊控制器 ,使局部子系統(tǒng)穩(wěn)定 ;最后根據(jù)穩(wěn)定性充分條件判定全局系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性。文章認(rèn)為 : ( 1 )所提出的穩(wěn)定性充分條件能使用矩陣不等式 ( L 優(yōu)化問(wèn)題來(lái)表示 ,因此在所提出的 模型和 ,穩(wěn)定性分析和狀態(tài)反饋綜合問(wèn)題能用 L ( 2 )此穩(wěn)定性條件不 但保證了模糊模型和模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)定 ,而且保證了相關(guān)的不確定線性時(shí)變系統(tǒng) (L 非線性系統(tǒng)穩(wěn)定 ,并滿足某些全局和局部區(qū)域的穩(wěn)定性條件。因此基于模糊模型下設(shè)計(jì)的控制器能很好地應(yīng)用于真實(shí)系統(tǒng)的控制。 2 . 3 自適應(yīng)控制理論 模糊自適應(yīng)系統(tǒng)是另一個(gè)普遍關(guān)注的焦點(diǎn) 9、 1 8 。 1 7- 2 1 在模糊邏輯系統(tǒng) ( c)的基礎(chǔ)上 ,進(jìn)行了穩(wěn)定性分析和自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)。 1 7認(rèn)為 9中的全局模糊控制器的收斂性依賴(lài)于模糊系統(tǒng)逼近誤差平方可積的條件 ,在實(shí)際中很難檢驗(yàn) ;另外 ,不能有 效抵消外部干擾對(duì)誤差輸出影響的能力。針對(duì)非線性系統(tǒng)的滑模控制 ,其假定非線性函數(shù)估計(jì)存在 ,且控制器難以用精確的數(shù)學(xué)表示 ,故很難對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析 ,從而提出了用模糊邏輯系統(tǒng)逼近非線性函數(shù) ,并基于滑模原理及李氏函數(shù)給出了閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 18討論了智能車(chē)輛高速系統(tǒng)的車(chē)輛側(cè)向自導(dǎo)的模型參考自適應(yīng)模糊邏輯控制 ( )算法 ,應(yīng)用 L 數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了狀態(tài)有界穩(wěn)定研究。該算法使閉環(huán)系統(tǒng)在 (模糊邏輯控制 )下跟蹤由模糊系統(tǒng)產(chǎn)生的參考輸入 ,對(duì)王立新 9 關(guān)于自 適應(yīng)模糊控制的結(jié)果進(jìn)行了擴(kuò)展。 19提出了一種直接自適應(yīng)模糊滑?？刂品椒?,將穩(wěn)定性基本問(wèn)題、性能要求及模型變化歸為一個(gè)簡(jiǎn)單的框架內(nèi)。 20在 9的基礎(chǔ)上用模糊系統(tǒng)的建模層次系統(tǒng) ,并設(shè)計(jì)了層次模型控制器。文章認(rèn)為層次結(jié)構(gòu)可滿足復(fù)雜系統(tǒng)的穩(wěn)定性及魯捧控制。但很難用統(tǒng) 一的框架表示各層的不同特性。文中研究了三級(jí)層次系統(tǒng)。最低層為對(duì)象和傳統(tǒng)的反饋控制器 ,對(duì)象由差分方程建模 ;中層為監(jiān)督操作以便保證系統(tǒng)的穩(wěn)定 ;頂層為計(jì)劃層 ,為下兩層提供控制目標(biāo) ;中、高層由模糊系統(tǒng)建模。所提出的層次模型控制器的控 制策略是保證系統(tǒng)狀態(tài)有界且跟蹤誤差以指數(shù)級(jí)收斂于零。 2 1對(duì)神經(jīng)模糊控制器的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析 ,利用了徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊集合表示 ,通過(guò) 據(jù)獲得了閉環(huán)控制系統(tǒng)的非線性穩(wěn)定性條件 ,文中給出了一個(gè)閉環(huán)全局漸近穩(wěn)定的充分條件。 2 4 用模糊自適應(yīng)機(jī)構(gòu)代替常規(guī)的自適應(yīng)機(jī)構(gòu) ,構(gòu)成模型參考模糊自適應(yīng)系統(tǒng) ,所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)為偏差的非線性函數(shù) ,導(dǎo)出了系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。 2 5提出了一種模糊自適應(yīng) ,導(dǎo)出其閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。 2 6 針對(duì)一類(lèi)病態(tài)且相 當(dāng)復(fù)雜的非線性系統(tǒng) ,提出了一種自適應(yīng)魯棒模糊控制方法。控制目標(biāo)為自適應(yīng)地補(bǔ)償未知對(duì)象的非線性 ,它由一個(gè) 則集組成的模糊規(guī)則庫(kù)表示?？勺詣?dòng)地更新模糊規(guī)則并保證全局穩(wěn)定且使跟蹤誤差趨于零。 2 . 4 數(shù)值穩(wěn)定性分析和模糊穴 2 2 在綜述了各種穩(wěn)定性分析方法基礎(chǔ)上 ,提出了數(shù)值穩(wěn)定性分析方法 ,可分析任一類(lèi)對(duì)象模型及任一類(lèi)控制器。對(duì)象特性可由 : 模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、特征表面及純模糊模型加以描述 ,其思想類(lèi)似于穴 2 3提出了一種基于模糊穴 ,其核心在于認(rèn)為任何復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)都是由其隱含的穩(wěn)定子動(dòng)態(tài)和不穩(wěn)定子動(dòng)態(tài)聚合而成 ,而系統(tǒng)特性則主要取決于決定性子動(dòng)態(tài)的性質(zhì)。介紹了確定系統(tǒng)決定性子動(dòng)態(tài)和基于其上的多變量模糊系統(tǒng)漸近分析方法。 2 . 5 魯棒控制理論 1 0 基于 模糊系統(tǒng)提出了一種不確定性非線性系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性問(wèn)題解決方法 ,分析了系統(tǒng)前提條件的隸屬函數(shù)存在不確定性時(shí)的情況 ,得到了基于 定性理論的充分條件 ,并在倒車(chē)控制中進(jìn)行了仿真研究。 1 1 提出了 模糊邏輯系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性問(wèn)題。由于模糊控制器被認(rèn)為具有很強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定性 ,但僅為定性或仿真驗(yàn)證性討論 ,尚缺乏系統(tǒng)的定量的分析方法。該文在這方面進(jìn)行了討論 ,給出了一些結(jié)果 ,并在其 1 993年的博士論文中應(yīng)用模糊汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)定速控制器闡述了此方法。該方法為一近似的性能分析表示方法 ,其對(duì)象為一類(lèi)由模糊邏輯控制的線性和非線性系統(tǒng) ,并假定標(biāo)定對(duì)象的近似模型可用 ,考慮了在已知原點(diǎn)存在小的有界參數(shù)不確定性和外部干擾時(shí)的穩(wěn)定性。它基于標(biāo)定對(duì)象類(lèi)似于 L ,將系統(tǒng)誤差靈敏度相 對(duì)于興趣參數(shù)的啟發(fā)式測(cè)度與此性能表達(dá)式相結(jié)合 ,使其為最小 ,通過(guò)應(yīng)用 (如 L 定性的條件 ,系統(tǒng)魯棒性即可由一簡(jiǎn)單矩陣的正定性來(lái)分析。該理論分兩部分 :( 1 )假定在特定狀態(tài)里的參數(shù)攝動(dòng)對(duì)其他狀態(tài)無(wú)影響這種意義上為解耦的 ,在此基礎(chǔ)上得到主要的魯棒穩(wěn)定性結(jié)果 ;( 2 )允許某些相互作用的參數(shù)變化的結(jié)果存在于狀態(tài)之間 ,估計(jì)此相互作用的測(cè)度推導(dǎo)出穩(wěn)定 范圍 ,從而得出更一般的魯棒穩(wěn)定性結(jié)果。穩(wěn)定性收斂點(diǎn)即為系統(tǒng)的特定目標(biāo)點(diǎn) ,而參數(shù)攝動(dòng)及外部固有干擾的存在就說(shuō)明了閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性 。最后 ,文獻(xiàn)以模糊量的形式導(dǎo)出了靈敏度、誤差偏差和參數(shù)偏差的不等式邊界 ,然后用奇異值公式表示出一種魯棒測(cè)度。 總的看來(lái) ,模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析的結(jié)果仍不夠成熟 ,許多研究還僅給出充分條件 ,并且局限于某些系統(tǒng)和特定的方法 ,要建立一套系統(tǒng)而有效的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法 ,還要在數(shù)學(xué)工具及嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明等方面作出不懈的努力。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究主要側(cè)重于 :模糊規(guī)則的優(yōu)化和在線學(xué)習(xí)修正的算法研究 ,修正因子在線學(xué)習(xí) ,隸屬函數(shù)的選取和調(diào)節(jié)等。目前 ,在模糊控制的發(fā)展中 ,多是 對(duì)傳統(tǒng)的模糊控制方法的研究 ,存在的主要問(wèn)題是 :眾多的待定參數(shù) ,控制規(guī)則建立困難。因此目前這方面的研究也是一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題 ,應(yīng)用了多種思想 ,主要有 :自適應(yīng)神經(jīng)元學(xué)習(xí)、單純形法、專(zhuān)家自學(xué)習(xí)法、多步預(yù)報(bào)自學(xué)習(xí)、遺傳算法 ( 外 ,還有許多關(guān)于增強(qiáng)式學(xué)習(xí)算法及模糊自適應(yīng)等思想的研究。研究目標(biāo)有向高度自適應(yīng)自動(dòng)系統(tǒng) (自動(dòng)產(chǎn)生隸屬函 數(shù)及模糊規(guī)則并在線修正 )這方面發(fā)展的跡象 ,值得注意和重視。下面簡(jiǎn)單介紹這方面的研究狀況。 2 7提出基于自適應(yīng)神經(jīng)元學(xué)習(xí)模糊控制規(guī)則 ,主 要思想是 :學(xué)習(xí)與當(dāng)前性能有關(guān)的在過(guò)去起作用的控制規(guī)則 ,使系統(tǒng)可以隨過(guò)程環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)節(jié)控制規(guī)則 ,以改善輸出性能。 2 8針對(duì)常規(guī)模糊控制的不足 ,采用分層多規(guī)則集結(jié)構(gòu) ,實(shí)現(xiàn)了模糊控制的智能化。 2 9提出直接優(yōu)化去模糊過(guò)程的控制規(guī)則的設(shè)計(jì)方法