空間分布動態(tài)系統(tǒng)的3-D模糊控制設計與分析.pdf

1、工業(yè)生產過程中的多數(shù)系統(tǒng)都具有空間分布特性，但實際應用過程中通常忽略系統(tǒng)的空間分布特性，采用發(fā)展較為成熟、實現(xiàn)較為簡單的集總參數(shù)控制理論去解決存在的控制問題。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對生產過程提出了越來越嚴格的要求，除了考慮生產安全外，還要滿足日益增長的環(huán)保、產品質量、能耗等要求。傳統(tǒng)集總參數(shù)控制方法已不能滿足實際控制要求，研究空間分布系統(tǒng)控制理論已成為現(xiàn)代控制理論的熱點之一。經(jīng)典分布參數(shù)系統(tǒng)控制方法是過去幾十年中針對空間分布系統(tǒng)

2、發(fā)展起來的方法，其不但需要系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，并且需要設計人員掌握人量的復雜的涉及到分布參數(shù)系統(tǒng)理論的數(shù)學知識，這為其在工程實踐中的應用帶米困難。模糊控制由于具有兩個優(yōu)點(設計控制器不需要被控系統(tǒng)的數(shù)學模型以及可以通過實際經(jīng)驗而非復雜數(shù)學推導獲得令人滿意的控制器)，在現(xiàn)實生活中得到廣泛應用。然而傳統(tǒng)模糊集固有的二維信息特征，使得傳統(tǒng)模糊控制器并不能有效地解決空間分布系統(tǒng)的控制問題?？臻g分布系統(tǒng)模糊控制仍然是個有待解決的問題。為此，本論文

3、基于空間分布系統(tǒng)的空間分布特性，從模糊集及模糊控制策略著手對空間分布系統(tǒng)的模糊控制問題進行了研究。 主要研究工作包括以下幾個方面： ·針對傳統(tǒng)二維模糊集不能表征空間信息的特點，提出了具有三維信息(分別用于基本變量的論域、隸屬度及空間信息)的空間模糊集，使其具有表征空間信息的能力。介紹了空間模糊集運算法則，并且給出了由空間模糊集延伸出的兩個概念：空間輸入變量與空間模糊化。根據(jù)系統(tǒng)的空間分布特點，提出了基于空間模糊集的模糊控

4、制策略，使得控制器能夠模擬人類操作員知識或者專家經(jīng)驗從整個空間角度去控制一個空間分布的場。作為基于空間模糊集的模糊控制策略的初步嘗試，設計了區(qū)間值模糊擰制器，仿真例子表明了該控制器的有效性。 ·針對單控制源空間分布系統(tǒng)，提出了一種新型模糊控制器-3-D模糊控制器。它是在基于空間模糊集的模糊控制思想指導下設計而成的自成體系的模糊控制器。它具有與傳統(tǒng)模糊控制器相似的結構，由空間模糊化、空間模糊規(guī)則推理及去模糊化構成，但卻有著其獨特的

5、特點： ①它可將米自空間域上的多個傳感器輸入作為空間分布輸入，然后采用空間模糊集構造空間信息： ②它具有能夠處理空間信息的模糊規(guī)則推理機制； ③規(guī)則數(shù)目不會隨著測量傳感器的數(shù)目增加而增加。由于3-D模糊控制器結構簡單.空間模糊集與3-D推理均物理意義明確，計算并不復雜，使得對其作進一步研究分析成為可能。仿真例子表明了該控制器的有效性。 ·推導了兩項輸入3-D模糊控制器的數(shù)學解析模型，并且對其作了結構分析。

6、利用傳統(tǒng)模糊控制器所使用的一種圖形化解析法(規(guī)則庫平面分解的方法)，推導并得到3-D模糊控制器的數(shù)學解析模型。從數(shù)學解析的角度揭示了3-D模糊控制器在空間上具有全局滑模變結構特點以及與傳統(tǒng)模糊控制器存在著一個空間等價關系，并且根據(jù)這個空間等價關系，揭示了3-D模糊控制本身固有的一些屬性。 ·在3-D模糊控制器數(shù)學解析模型的基礎上，研究了3-D模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。利用3-D模糊控制器在空間域上的全局滑模變結構特性，研究了3-

7、D模糊控制系統(tǒng)的Lyapunov穩(wěn)定性，給出了全局穩(wěn)定性條件以及據(jù)此設計控制器參數(shù)的方法。利用3-D模糊控制與傳統(tǒng)模糊控制的空間等價關系以及離散時間系統(tǒng)的某些特點，研究了離散時間3-D模糊邏輯控制系統(tǒng)的BIBO穩(wěn)定性，給出了全局BIBO穩(wěn)定性條件以及據(jù)此設計控制器參數(shù)的方法。兩個例子的仿真研究分別驗證了依據(jù)不同穩(wěn)定性條件所設計的控制器參數(shù)的有效性。 ·針對空間分布更為復雜的多控制源空間分布系統(tǒng)，提出了基于分解協(xié)調的3-D模糊控制

8、策略，使得3-D模糊控制能夠處理一般的空間分布系統(tǒng)的控制問題?；诜纸鈪f(xié)調的3-D模糊控制采用了分層結構。首先處于底層的分解模塊利用系統(tǒng)的局部影響特性，將空間域分解成多個子區(qū)域，進而將復雜多控制源空間分行系統(tǒng)分解成多個相對簡單的單控制源空間分布予系統(tǒng)。存中間層，每個子系統(tǒng)均采用3-D模糊控制器。在頂層，針對子系統(tǒng)之間不可忽略的較強耦合，協(xié)調模塊對空間鄰近子系統(tǒng)之間進行局部協(xié)調，形成了協(xié)調式3-D模糊控制。將基于分解協(xié)調的3-D模糊控制應