模糊控制理论的研究及在移动式倒立摆中的应用.pdf

中国科学技术大学博士论文 摘要 摘 要 传统控制理论难以解决复杂非线性系统分析、建模与控制问题，而模糊控制 技术由于能够方便地利用专家经验及语言信息，甚至无需建立系统精确数学模型 即可对系统进行控制，目前已逐渐成为复杂非线性系统分析与设计所采用的主要 方法之一。 本文紧密围绕“如何获取模糊规则”和“如何保证模糊控制系统的稳定性” 这两个根本问题，将模糊控制理论和其它智能方法以及现代控制理论相结合，实 现对复杂非线性系统的模糊控制。 主要研究T—S模糊模型的辨识、基于T—s模 糊模型的稳定性控制以及模糊多变量控制。并对提出的算法在移动式倒立摆上进 行实验和仿真研究，结果证明了算法的有效性。主要成果如下： 1．基于sVM和GA的T—s模型辨识与控制 vector 提出了基于支持向量机(support (GA)的T—s模型辨识。sⅧ根据结构风险最小化原则，作为T—s模型的模糊接 口，在给定精度和折中参数后，一方面可以确定模糊规则数，它等于支持向量数 目。另一方面也就决定了T—S模型的隶属度函数的中心参数，同时利用遗传算法 优化和估计系统参数，能最小化辨识误差。SvM方法比基于经验风险原理的神经 网络学习算法具有更强的理论依据和更好的泛化性能。基于辨识出的T—s模型， 利用滑模PI混合模糊控制实现对移动式倒立摆的控制。 2．基于LMI的T—s模型的稳定性分析及控制器设计 针对T—S模型，提出了～种保证系统稳定和控制性能的模糊控制器设计方法， 求、性能指标约束条件统一到LMI的框架内，通过求解LMI族获得控制器参数。 3．基于T—s模型的多变量非线性系统模糊滑模自适应控制 提出了不确定T—S模型的多变量非线性系统模糊滑模自适应控制方法。通过 变换将该模型转换成三个组成部分：线性标称系统、已知非线性部分(可看着对 线性标称系统的已知扰动)、未知不确定部分，对三个部分分别进行控制器设计， 即“，、”。。“，强迫系统沿着滑模面运动所需的控制力，能保证线性标称系统 稳定，“，。能消除已知扰动对线性标称系统的影响，“，：采用模糊滑模自适应控制 克服不确定扰动，无需知道系统不确定的界限。该方法能够保证系统全局稳定， 并且具有良好的动态和稳态性能。 4．非线性系统直接型自适应模糊多变量控制 为解决模糊多变量控制中规则数随系统变量数呈指数增长的问题。本文采用 中国科学技术大学博士论文 摘要 两种方法设计控制器，规则数与输入变量数量呈线性关系，这样大大减少了模糊 规则数。第一种是单一输入规则群动态加权推理模型法，它将多维问题化简成单 维模糊控制问题来解决，控制器参数利用随机优化搜索法来求得。第二种是分层 模糊控制器的设计方法，模糊控制逻辑清晰明了，其中控制参数利用遗传算法整 定。 关键词：模糊辨识，T—s模型，支持向量机，遗传算法，滑模控制，线性矩阵不 等式，自适应控制，多变量控制，单一输入法，分层模糊控制 II 中国科学技术大学博士论文 摘要 Abstract control isdi街ctIItin me naditionaIthcory of problem solving ana王yzing， aIldcon仃olfor nonlinear canbehandled modeling complex systems，which