可拓控制的算法改進(jìn)及其仿真研究.pdf

1、隨著控制理論的深入研究和發(fā)展，控制理論在科學(xué)研究和實(shí)際工程的應(yīng)用中起到了越來(lái)越重要的作用。這些傳統(tǒng)的控制理論和方法大多是圍繞控制系統(tǒng)諸如快速性、穩(wěn)定性和可靠性等控制品質(zhì)的提高而進(jìn)行的設(shè)計(jì)和研究。然而，這些控制理論存在著無(wú)法用數(shù)學(xué)模型來(lái)精確描述的控制對(duì)象或過(guò)程，以及只考慮量值與量值之間關(guān)系難以解決的矛盾問(wèn)題。為了解決控制領(lǐng)域中存在的這些矛盾問(wèn)題，我國(guó)學(xué)者首先提出了可拓控制的思想和方法。 可拓控制理論是在以中國(guó)原創(chuàng)學(xué)科“可拓學(xué)”的基

2、元理論、可拓集和可拓邏輯等相關(guān)理論基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來(lái)的，它以狀態(tài)關(guān)聯(lián)度為核心、從信息轉(zhuǎn)化的角度來(lái)研究控制問(wèn)題。可拓控制方法是將可拓集合論的研究事物的轉(zhuǎn)化關(guān)系的理論與方法應(yīng)用在控制問(wèn)題的研究上，以控制輸入信息的合格度（關(guān)聯(lián)度）作為確定控制輸出校正量的依據(jù)，通過(guò)將不合格范圍內(nèi)的控制變量轉(zhuǎn)化到合格范圍內(nèi)，從而使控制效果從不滿意轉(zhuǎn)化到滿意。 可拓控制理論一經(jīng)提出，理論方法得到了眾多學(xué)者的關(guān)注和研究，并取得了一系列的研究成果。本文研究的

3、主要目的是使可拓控制器在保證有較好的控制效果前提下，能夠利用簡(jiǎn)單的知識(shí)進(jìn)行自學(xué)習(xí)能力，從而設(shè)計(jì)更具普遍意義和簡(jiǎn)便性的改進(jìn)的可拓控制算法。 本課題的研究是在前人已有的研究基礎(chǔ)上、針對(duì)可拓控制算法參數(shù)調(diào)整復(fù)雜和人為因素介入較多的問(wèn)題從而結(jié)合影響系統(tǒng)誤差的特征狀態(tài)關(guān)聯(lián)度和狀態(tài)距展開(kāi)研究的。第一章介紹了進(jìn)行課題研究的背景及意義；第二章的前半部分首先介紹了可拓控制理論中所應(yīng)用到的可拓學(xué)的基本理論知識(shí)、可拓控制的基本概念、結(jié)構(gòu)和原理，其次，

4、介紹了可拓控制器的設(shè)計(jì)及算法的實(shí)現(xiàn)；在后半部分，通過(guò)對(duì)影響系統(tǒng)誤差相關(guān)因素的分析，提出了一種具有更好控制效果和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的可拓控制算法，并通過(guò)對(duì)不同控制對(duì)象的MATLAB-Simulink控制仿真，分析和比較其控制效果的改進(jìn)；在第三章，首先對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模，得到其狀態(tài)空間方程，通過(guò)性能分析和控制理論研究，基于多變量、復(fù)雜系統(tǒng)，本人提出了選取偏差e和偏差微分e的加權(quán)值作為可拓控制的特征量并結(jié)合狀態(tài)距以及能夠描述系統(tǒng)整體特性的

5、狀態(tài)空間描述方法，設(shè)計(jì)了基于最優(yōu)控制LQR的改進(jìn)的可拓控制算法，接下來(lái)通過(guò)對(duì)直線二級(jí)倒立擺系統(tǒng)和吊車-雙擺系統(tǒng)的控制仿真，證明該算法能夠很好的控制該類倒立擺系統(tǒng)；在第四章，首次將基于LQR的改進(jìn)的可拓控制算法應(yīng)用到直線二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制中，分析和研究可拓控制對(duì)原始復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)際控制能力。 通過(guò)上述研究分析，說(shuō)明改進(jìn)的可拓控制算法在縮短調(diào)節(jié)時(shí)間和減小超調(diào)量等方面有明顯的改進(jìn)，從而說(shuō)明應(yīng)用可拓控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，能夠獲得