連續(xù)非線性系統(tǒng)的魯棒模糊跟蹤控制及其在電站中速磨煤機上的應用.pdf

1、在過去的十幾年時間里，非線性系統(tǒng)的跟蹤控制問題受到眾多專家學者的重視，并取得了許多重要的成果。然而到目前為止，大多數(shù)非線性系統(tǒng)的跟蹤控制方案都無法對給定的軌跡進行漸近跟蹤，而且很難綜合考慮非線性模型中的不確定性及H2和H∞等性能指標。有少數(shù)方案通過采用自適應控制等算法可對給定軌跡進行漸近跟蹤控制，但是這些方案往往使得控制系統(tǒng)的實時性變差。 針對以上問題，本文以保證跟蹤控制系統(tǒng)的綜合性能指標為中心，在保證系統(tǒng)實時性的前提下提出多種

2、基于T-S模糊模型的跟蹤控制方案。所提出的控制方案可使連續(xù)非線性系統(tǒng)(簡稱非線性系統(tǒng))在包含參數(shù)不確定性的情況下很好地跟蹤給定參考軌跡，與此同時消除外界干擾對系統(tǒng)的影響并保證閉環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)部穩(wěn)定性。以電站中速磨煤機(簡稱中速磨)為應用對象，采用所提出的控制方案設計其跟蹤控制系統(tǒng)，達到改善控制性能的目標。本文的主要工作概括如下： 1.提出非線性系統(tǒng)的模糊漸近跟蹤控制方案。將需要跟蹤的給定軌跡及被控對象所受外界干擾的內(nèi)模嵌入到控制系統(tǒng)

3、中，抵消跟蹤軌跡與外界干擾的傳遞函數(shù)中包含的不穩(wěn)定極點，從而使非線性系統(tǒng)的輸出可以漸近跟蹤給定軌跡并抑制擾干擾。為了使控制系統(tǒng)可應用于狀態(tài)變量不可測量的情況，設計了模糊跟蹤控制器對應的模糊觀測器。接著分析了跟蹤控制器及其觀測器穩(wěn)定的充分條件及跟蹤控制器和觀測器分步設計后系統(tǒng)整體穩(wěn)定的充分條件。然后討論了對跟蹤控制系統(tǒng)進行簡化設計的方法。 2.提出非線性系統(tǒng)滿足H∞抗干擾性能指標的魯棒模糊跟蹤控制方案。與非線性系統(tǒng)的模糊漸近跟蹤控

4、制方案相比，此方案考慮了T-S模糊模型中的逼近誤差及控制系統(tǒng)的H∞抗干擾性能指標。使得受外界特性未知擾動影響的非線性系統(tǒng)的輸出可以很好地跟蹤給定軌跡。針對狀態(tài)變量不可直接測量的情況，設計了H∞魯棒模糊控制器對應的模糊觀測器，進一步地，給出了H∞魯棒模糊跟蹤控制器和對應觀測器穩(wěn)定及整個H∞魯棒模糊跟蹤控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。 3.提出非線性系統(tǒng)的混合H2/H∞魯棒模糊跟蹤控制方案。與非線性系統(tǒng)的H∞魯棒模糊跟蹤控制方案相比，該方案

5、考慮了系統(tǒng)的H2性能指標及T-S模糊模型中子系統(tǒng)輸出方程的逼近誤差，更完整地描述了實際的非線性系統(tǒng)?；旌螲2/H∞魯棒模糊跟蹤控制方案能很好地跟蹤給定軌跡，而且滿足對特性未知干擾抑制程度的H∞性能指標與控制過程中的H2優(yōu)化性能指標。所證明的控制器及整個跟蹤控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性定理則從理論上保證了所提控制方案的正確性。 4.提出非線性系統(tǒng)的魯棒模糊漸近跟蹤控制方案。將非線性系統(tǒng)所包含的不確定性體現(xiàn)為T-S模型中的參數(shù)不確定性。將系統(tǒng)所

6、需跟蹤的軌跡及外界干擾的內(nèi)模加入控制系統(tǒng)中，從而對給定軌跡進行漸近跟蹤并近似完全抑制干擾對系統(tǒng)的影響，改善了系統(tǒng)的抗干擾的性能。接著，對跟蹤控制器及其觀測器的穩(wěn)定性進行了分析并給出了保證魯棒模糊跟蹤控制系統(tǒng)整體穩(wěn)定的充分條件。 5.在對中速磨的運行機理分析的基礎上，改進其已有的非線性數(shù)學模型?；谶@個改進后的模型，提出了中速磨的T-S模糊模型，從而便于設計其控制器。所提出的T-S模糊模型由幾個線性子模型所組成，采用遺傳算法可以辨

7、識得到子模型所包含的系數(shù)從而獲得整個T-S模糊模型。該T-S模糊模型完全等價于改進后的中速磨的非線性數(shù)學模型。對一臺實際運行的中速磨進行模糊建模，得到的T-S模糊模型真實地反映了中速磨的運行狀況，驗證了所提模型的有效性。 6.對魯棒模糊跟蹤控制系統(tǒng)的設計過程進行了分析與歸納。在此基礎上開發(fā)了中速磨的魯棒模糊跟蹤控制系統(tǒng)設計軟件，方便現(xiàn)場工程師開發(fā)控制系統(tǒng)并對其進行仿真試驗。然后在中速磨出口變量的參考軌跡為典型的階躍信號和復雜信號