一类非线性系统的模糊建模扩控制.pdf
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1、摘要 摘要 模糊理论从1 9 6 5 年诞生至今,无论在理论研究上还是实际应用中都取得了诸多 成果,从地铁行进控制到航空航天姿态控制中的应用,从模糊建模到平行分布补偿 控带l J ( P a r a l l e lD i s t r i b u t e dC o m p e n s a t i o n ,P D C ) 的发展,从模糊万能逼近性能的证明到 自适应模糊控南l J ( A d a p t i v eF u z z yC o n t r o l ,A F C ) 的广泛应用,这些都说明了模糊理论 的强大之处,而这种强大正是源于模糊理论提出的初衷描述人类的思维,模糊建模 和模糊控制正反
2、映了人类对外界复杂未知的世界的认识和改造过程。 然而在模糊理论的发展过程中,学者们更倾向于将模糊建模和模糊控制两者分 别进行研究,在模糊建模后不考虑模糊控制的方案,在模糊控制中忽略模糊建模的 过程,这往往会影响到建模的实用性和控制的精确性,也不利于模糊理论在实际控 制工程中的应用。 本文首先系统的介绍了模糊系统的基础知识,从模糊集合到模糊关系的引入, 再从模糊器到解模糊器的构建,最后从模糊系统的分类到万能逼近性质的简介,为 后续设计中的模糊建模和模糊控制过程打下基础。 然后从工程应用的角度,针对一类二阶不确定非线性系统,首先引入一种带饱 和器和伸缩器的扩展模糊系统,然后在此基础上进行自适应滑模
3、模糊控制器的设计, 最后经由T a k a g i S u g e n o ( T - S ) 模糊建模推导出具有P I D 形式的控制器,通过仿真实验 验证了方法的有效性。 最后针对一类非线性放射系统,结合基于T - S 型模糊动态系统的平行分布补偿 ( P D C ) 控制器设计方法,提出了一种从模糊建模到控制的整体T - S 模糊控制方法,一 定程度上有助于T - S 模糊控制在工程应用中的推广,通过倒立摆仿真实验验证了方 法的有效性与优势。 关键字:模糊建模;模糊控制;扩展模糊系统;平行分布补偿控制;自适应模糊控 制 广东工业大学硕士学位论文 A b s t r a c t E v e
4、 rs i n c ei t sb i r t hi nt h ey e a ro f19 6 5 ,f u z z y t h e o r yh a so b t a i n e ds e v e r a l a c h i e v e m e n t si nb o t ht h e o r yd e v e l o p m e n ta n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n ,f r o mt h em e t r ot r a i n m o v e m e n tc o n t r o lt ot h ea e r o n a u t i
5、 ca t t i t u d ec o n t r o l ,f r o mt h ed e v e l o p m e n to ft h ef u z z y m o d e l i n gt ot h ep a r a l l e ld i s t r i b u t e dc o m p e n s a t i o nc o n t r o l ( P D C ) ,f r o mt h ed e m o n s t r a t i o n o ft h eu n i v e r s a la p p r o x i m a t i o na b i l i t yo ft h e
6、f u z z ys y s t e mt ot h ew i d e l ya p p l i c a t e d a d a p t i v ef u z z yc o n t r o l ( A F C ) ,a l lo fw h i c hi l l u s t r a t et h ep o w e ro ft h ef u z z yt h e o r y , a n d s u c hp o w e rs p r i n g sf r o mt h eo r i g i n a lp u r p o s eo ft h ef u z z yt h e o r y m ed e
7、s c r i p t i o no ft h e h u m a nm i n d ,f u z z ym o d e l i n ga n df u z z yc o n t r o l r e s p e c t i v e l yr e f l e c t st h ep r o c e s so f u n d e r s t a n d i n ga n dt r a n s f o r m i n gt o w a r d st h ec o m p l e xa n du n k n o w nw o r l d H o w e v e r , i nt h ed e v e
8、l o p m e n to ff u z z yt h e o r y , r e s e a r c h e r sp r e f e r r e dt of o c u so n f u z z ym o d e l i n ga n df u z z yc o n t r o ls e p a r a t e l y , w i t h o u tc o n s i d e r i n gt h ec o n t r o lm e t h o d s a f t e rt h em o d e l i n gp r o c e s so ri g n o r i n gt h ef u
9、 z z ym o d e l i n gp r o c e s si nt h ef u z z yc o n t r o l l e r d e s i g n ,w h i c hw o u l dp o s s i b l yd e c r e a s ee i t h e rt h ep r a c t i c a b i l i t yo ft h em o d e l i n go rt h e a c c u r a c yo ft h ec o n t r o lp r o c e s s ,t h u sh i n d e rt h ef u r t h e ra p p
10、l i c a t i o no ff u z z yt h e o r yi nt h e p r a c t i c a lc o n t r o lp r o c e s s I nt l l eb e g i n n i n g t h i st h e s i ss y s t e m a t i c a l l yi n t r o d u c e st h ef u n d a m e n t a lk n o w l e d g eo f f u z z ys y s t e m :f r o mf u z z ys e t st of u z z yr e l a t i o
11、 n s ,t h e nf r o mf u z z i f i e r st od e f u z z i f i e r s f m a l l y f r o mt h ec l a s s i f i c a t i o no ff u z z y s y s t e m s t ot h eu n i v e r s a l a p p r o x i m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c ,w h i c hp a v et h ew a yo ff u z z ym o d e l i n ga n df u z z yc o n t
12、r o li nt h ef o l l o w i n g c o n t r o l l e rd e s i g n S e c o n d l y , f r o mt h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o np o i n to fv i e w , a i m e da tac l a s so f u n c e r t a i nn o n l i n e a rs y s t e m s ,t h i st h e s i sf i r s t l yi n t r o d u c e sa ne x t e n d e df
13、 u z z ys y s t e mw i t h s a t u r a t o ra n ds e a l e r s ,t h e nb a s e do nw h i c ha na d a p t i v es l i d i n gm o d ef u z z yc o n t r o l l e ri s d e s i g n e d ,f n a l l yt h r o u g ht h em o d e l i n gp r o c e s so fT a k a g i S u g e n o ( T - S ) aP I Df o r m c o n t r o l
14、 l e ri sg e n e r a t e d ,t h ev a l i d i t yo ft h em e t h o di si l l u s t r a t e dt h r o u g ht h es i m u l a t i o n F i n a l l y , c o m b i n e dw i t ht h ep a r a l l e ld i s t r i b u t e dc o m p e n s a t i o n ( P D C ) c o n t r o l l e rb a s e d o nt h eT a k a g i - S u g e
15、 n o ( T - S ) d y n a m i cm o d e l ,a ni n t e g r a lT - Sf u z z yc o n t r o lm e t h o df r o m f u z z ym o d e l i n gt of u z z yc o n t r o li sp r o p o s e df o rac l a s so fn o n l i n e a ra f f i n es y s t e m ,w h i c h a m o u n t st ot h ep r o m o t i o no ff u z z ys y s t e m
16、i nt h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n st oac e r t a i n e x t e n t ,t h ev a l i d i t ya n da d v a n t a g e so ft h em e t h o da r ei l l u s t r a t e dt h r o u g ht h es i m u l a t i o no f t h ei n v e r t e dp e n d u l u m I I A b s t r a c t K e yw o r d s :F u z z ym o d
17、e l i n g ;F u z z yc o n t r o l ;E x t e n d e df u z z ys y s t e m ;P D C ;A F C I I I 广东工业大学硕士学位论文 目录 摘昙要I A b s t r a c t I I 目录I V C o n t e n t s V I 第一章绪论1 1 1 研究背景与意义1 1 1 1 非线性控制的产生与发展1 1 1 2 模糊理论的产生与发展1 1 1 3 研究意义2 1 2 模糊建模理论的发展3 1 2 1 模糊系统的万能逼近性质3 1 2 2 模糊系统的建模4 1 3 模糊控制理论的发展6 6 6 控制器8
18、1 ( ) 11 1 :! 1 :; 1 :; 14 11 ; 11 ; 1 6 17 目录 2 3 本章小结18 第三章基于扩展T - S 模糊模型的二阶非线性系统的P I D 控制设计1 9 3 1 引言19 3 2 系统的描述与扩展2 0 3 3 一阶T - S 模糊逻辑系统的扩展2 1 3 4 控制器的设计2 4 3 5 一阶T - S 模糊逻辑系统的设计3 0 3 6 增量式P I D 控制器的设计3 2 3 7 仿真3 4 3 8 本章小结3 7 第四章基于参数辨识和T - S 模糊模型的一类非线性系统镇定控制器设计3 9 4 1 引言3 9 4 2 逼近非线性动态系统的T - S
19、 模糊模型的辨识4 0 4 3 基于T - S 模糊模型的P D C 控制器的设计4 3 4 4 仿真算例4 5 4 5 本章小结4 8 结论与展望4 9 参考文献j 5 1 攻读学位期间发表论文5 6 学位论文独创性声明及版权使用授权声明5 7 致谢。5 8 V 广东工业大学硕士学位论文 C o n t e n t s A b s t r a c t ( C h i n e s e ) I A b s t r a c t ( E n g l i s h ) I I C o n t e n t s ( C h i n e s e ) I V C o n t e n t s ( E n g I
20、i s h ) V I C h a p t e r 1E x o r d i u m 1 1 1R e s e a r c hB a c k g r o u n da n dS i g n i f i c a n c e 1 1 I 1O r i g i na n dD e v e l o p m e n to f N o n l i n e a rC o n t r o l 1 1 1 2O r i g i na n dD e v e l o p m e n to f F u z z yC o n t r o l 1 1 1 3R e a s e a r c hS i g n i f i c
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