基于未建模動(dòng)態(tài)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)姆蔷€性自適應(yīng)切換控制方法的研究.pdf

1、在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“九七三”項(xiàng)目的支持下，本文以可表示成線性模型和未知高階非線性項(xiàng)（未建模動(dòng)態(tài)）組成的一類非線性系統(tǒng)為被控對象，針對多模型自適應(yīng)控制方法[1]，[2]存在的問題:(1)要求未建模動(dòng)態(tài)全局有界或者差分項(xiàng)（變化率）全局有界;(2)系統(tǒng)的零動(dòng)態(tài)漸近穩(wěn)定;(3)沒有考慮未建模動(dòng)態(tài)中含有當(dāng)前未知的控制輸入信號;沒有對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)算法給出收斂性和估計(jì)精度的分析;深入開展了基于未建模動(dòng)態(tài)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)姆蔷€性自適應(yīng)切換控制方法的研

2、究，取得的主要成果如下：
　　(1)提出了由“正則化技術(shù)[3]”、“一一映射”以及“自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(Adaptive-network-based fuzzy inference system，縮寫ANFIS)”相結(jié)合的未建模動(dòng)態(tài)估計(jì)算法，并與一步超前最優(yōu)控制策略相結(jié)合，針對一類參數(shù)已知的線性模型和未建模動(dòng)態(tài)組成的零動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定非線性系統(tǒng)，提出了由線性控制器、帶有未建模動(dòng)態(tài)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)姆蔷€性控制器以及切換機(jī)制組成的切換控制算法

3、;建立了穩(wěn)定性和收斂性分析，將未建模動(dòng)態(tài)全局有界或者差分項(xiàng)全局有界的條件放寬為線性有界條件;與多模型自適應(yīng)控制算法([1]-[2])的仿真對比實(shí)驗(yàn)表明:所提算法的收斂速度快，控制效果好。
　　針對一類參數(shù)未知的線性模型和未建模動(dòng)態(tài)組成的零動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定非線性系統(tǒng)，把上述未建模動(dòng)態(tài)估計(jì)算法與帶死區(qū)的遞推最小二乘估計(jì)算法相結(jié)合，提出了由線性自適應(yīng)控制器、帶有未建模動(dòng)態(tài)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)姆蔷€性自適應(yīng)控制器以及切換機(jī)制組成的非線性自適應(yīng)切換控制算法

4、;建立了穩(wěn)定性和收斂性分析;通過仿真對比實(shí)驗(yàn)和水箱液位控制實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　(2)針對一類參數(shù)未知的線性模型和未建模動(dòng)態(tài)組成的零動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定非線性系統(tǒng)，把上述未建模動(dòng)態(tài)估計(jì)算法與廣義預(yù)測控制策略相結(jié)合，提出了由線性自適應(yīng)廣義預(yù)測控制器、帶有未建模動(dòng)態(tài)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)姆蔷€性自適應(yīng)廣義預(yù)測控制器以及切換機(jī)制組成的非線性自適應(yīng)廣義預(yù)測切換控制算法;建立了穩(wěn)定性和收斂性分析;通過仿真實(shí)驗(yàn)和氧化鋁回轉(zhuǎn)窯制粉過程的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)，

5、表明所提算法超調(diào)量小、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)時(shí)間短。
　　(3)針對上述估計(jì)算法中利用上一時(shí)刻的控制輸入u(k-1)代替當(dāng)前未知的控制輸入信號u（k），影響估計(jì)的收斂性與精度的問題，將u（k）表示成u(k-1)與控制輸入增量△u(k)之和的形式，在u(k-1)處將未建模動(dòng)態(tài)全微分展開，使其分為“準(zhǔn)未建模動(dòng)態(tài)”和“輸入依存變化率”與△u(k)乘積的兩部分，采用所提的估計(jì)算法對“準(zhǔn)未建模動(dòng)態(tài)”和“輸入依存變化率”分別進(jìn)行估計(jì)，提出了一種未建

6、模動(dòng)態(tài)的分解估計(jì)算法;給出了估計(jì)算法的收斂性分析，并證明:在數(shù)據(jù)向量被劃分的足夠細(xì)，選擇足夠多的模糊集并充分訓(xùn)練ANFIS的條件下，估計(jì)誤差可小于任意預(yù)先指定的小正數(shù)。
　　針對一類參數(shù)已知的線性模型和未建模動(dòng)態(tài)組成的零動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定非線性系統(tǒng)，將所提的未建模動(dòng)態(tài)分解估計(jì)算法與一步超前最優(yōu)控制策略相結(jié)合，提出了基于未建模動(dòng)態(tài)分解估計(jì)與補(bǔ)償?shù)姆蔷€性切換控制方法，建立了穩(wěn)定性和收斂性分析。仿真對比實(shí)驗(yàn)表明:由于估計(jì)精度提高，從而改善控制性

7、能。
　　(4)將未建模動(dòng)態(tài)表示為上一時(shí)刻已知部分與當(dāng)前未知增量和的形式，采用所提出的分解估計(jì)算法對未建模動(dòng)態(tài)的未知增量進(jìn)行估計(jì)，建立了估計(jì)算法的收斂性與估計(jì)精度的分析。仿真對比實(shí)驗(yàn)表明:所提出的估計(jì)算法在保證估計(jì)精度的情況下，算法結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。
　　針對一類參數(shù)未知的線性模型和未建模動(dòng)態(tài)組成的零動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定非線性系統(tǒng)，將所提的估計(jì)算法與采用一步超前最優(yōu)控制策略的自適應(yīng)切換控制方法相結(jié)合，提出了一種基于未建模動(dòng)態(tài)增量估計(jì)