非線性系統(tǒng)的有約束模糊預(yù)測控制研究.pdf

1、中文摘要由 于幾乎所有的實(shí)際控制系統(tǒng)中 都 是非線性的， 而且系統(tǒng)的 各個(gè)變量會(huì)受到各種條 件的 制約。 預(yù)測控制是 面向 實(shí)際 工業(yè)過程發(fā) 展起來的 一類先進(jìn)控制 方法， 一直深受控制界的 關(guān)注， 它已 在 線 性系統(tǒng)中 得到成功應(yīng)用和充 分發(fā)展， 但針對(duì)高度非線性系 統(tǒng)則很難取得令人 滿意的 控制效 果。 智能控制不 但在處理復(fù)雜系 統(tǒng)時(shí)能 進(jìn)行有效的 控制，同時(shí) 具 有 學(xué)習(xí) 能 力、 組織綜合能力、自 適應(yīng)能力和優(yōu)化能力。將智能

2、控制理論與預(yù)測控制機(jī)理相結(jié)合，使預(yù)測控制向 智能化方向 發(fā)展，以 滿足越來越復(fù)雜的 工業(yè)過 程 控制的需要，是當(dāng)前預(yù)測控 制發(fā)展的 趨勢和 研究熱點(diǎn)。 因 此研究非線性系統(tǒng)的 智能 預(yù)測控制在理論研究和實(shí)際 應(yīng)用上都具 有重要意義。 本文首先概述了 廣 義預(yù)測 控制的 發(fā)展 歷史 及現(xiàn)狀， 簡要介紹了 廣義預(yù) 測控制的 基本原 理、 基本算 法步 驟和 模糊系統(tǒng)模型的基本原理， 重點(diǎn)介紹了 基于模糊聚 類 算法和正交最小 二 乘 算法的

3、 T - S模糊模型的 辨識(shí) 方法和步驟， 然后針對(duì)非線性系統(tǒng)提出了幾種基于T - S 模糊模型的 有約束廣義預(yù)測控制算法， 并通過m a t l a b仿 真 試驗(yàn)驗(yàn)證了 這 些 算法的 有效 性。 全文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 有:1由 于傳統(tǒng) 求解 有 約束 優(yōu)化問 題的 非 線 性搜索 方法計(jì) 算量較大， 不利 于工程 應(yīng)用， 本文針對(duì)單 變量 非 線性系統(tǒng)， 在 利 用T - S 模糊 模型充分逼近被 控系 統(tǒng)的基 礎(chǔ)上， 通過引 入輸入

4、變量的 一個(gè)柔化因 子， 提出了 一 種帶約束輸入的 廣義預(yù)測控制算法， 該方法充分考慮了 控制輸入 及其 增量受約束的 情況，并 避免了 非線性搜 索 方 法 求 解 受 約 束 的 優(yōu) 化問 題 和 求D i O p h a n li n e 方 程， 從 而 使 計(jì) 算 量 減 小 ;2針對(duì)多 變量非 線 性系統(tǒng)， 基于T - S 模 糊模型的 充分逼近及其特殊結(jié) 構(gòu) ( 規(guī) 則后件部分是 輸入 變量的 線性組合形式) ， 提出了

5、 兩 種處理約束優(yōu)化問 題的 預(yù)測 控制算 法: ( 1 ) 通過引入輸入變量的 一 個(gè)柔化因 子矩陣， 提出了 一 種帶約束輸入的 廣 義 預(yù) 測 控 制 算 法， 避免了 非 線 性 搜 索 方 法 和 求D i O p h i m d n e 方 程， 從 而 使 計(jì)算量減小;( 2) 在輸入變量的幅值及其變化率均受約束的情形下，通過適當(dāng)?shù)匾?入拉格朗日 乘子， 提出了 一種較簡單的 處理約束問 題的廣義預(yù) 測控制方法，在計(jì)算量不

6、大的 情況下保證了 被控系統(tǒng)具有很好的 跟蹤性能和穩(wěn)定性:3鑒于多 變量系 統(tǒng)的 各變量之間 往 往存在強(qiáng)禍合現(xiàn)象， 從而使得 在實(shí)際 控制中 存在可調(diào)參 數(shù)較多、 參數(shù)選取復(fù) 雜、 難以 獲得 滿意參數(shù)值，因而 使得預(yù) 測控制實(shí)現(xiàn)起來比 較困難的問 題， 本文針對(duì)多變量系統(tǒng)設(shè)計(jì)了幾種解禍的 約束廣A B S T R A C TI nf a C仁 m os t P n x 沁 s s e s i n加 d u s 耐 a lp l a

7、n t s 毗 I n b “ e n t l y n on l i n e a ra n d m a n y o f出 。 叮 a r e h i 咧y n ou l l n 已 玫 ， 即 d t h e i r y 州a b l e s a r e o n 即叨 n s t r a i n e d b ym a ny p r a c t i c a l閱 n d i t i o n s . C 即 。 舊 1 壇 記釁d i c

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10、y s t e m s e 價(jià)c t i v e l y ，b u t a i s o b a ss e l f -】 e 明I n g ，s e l f - Or g a D j 另 時(shí) 1 。 氏 a 山 功 加 e助 d o P t i l n a!a bi l i t i e s .C o m b i n i n g云 l t e l l i g e n t c o n t r o l w it h p r e d儷姆 切m 功

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15、 rp e r f Or ’ m a n c e f o r C O m P 1 e x s y s t e m s . I n。 。 n c l 璐i o n t h e r D a l n c on t e n t sa 了 e a s f oU o w s :l ) B e c 吟 山 。 加川 m e a 了 s e a l c h 劃 h i c b i su s e d t os o l v e c o n s t l a

16、i n e d O P 丘 m a lp r o b l e n 場 b 韶1 o 0 l a r g e c O m P u t e r1 o a d ， i t i s I D c 0 n v e n l 喇 f o r P r a c t i c a l c on t r O I .i n 面sP a 側(cè) 斌 o l e k i n do f c o 正 由 注 訪 e d g e n e 司1 雙 沮 p r e d l c t

17、 i v ec o n 位 ’ o 1a i g o r i t 加 叮i sP r e s e n t e db a s e do n t h eT - S五 1 石 甲m o de lw h i c h i su s c dt o即p r o a c b t h e s I S On ou l 川 e a 叮 ， y s t e m s: i t a v o i d s血 加川 I n e a r s e a r ch a nd 配

18、e dn o t t os o l v e D io P h 助 t 恤 丘 m c t i o n s 勿 仍 m g a s o f tg e n e o fi n p 呱 s o i t sc 。 功 p u t e rl o a di s D o t t o o l a r ge ;2 ) B a s e do n t h e 下 Sf o z ym o de l s 從 擊 i c h a r e 理 弧 dt oa P P

19、r O 朗 ht h e瓏M On ou l m e a r s y s t e m S， 七 胃 。 c 叨就 口 i n e d g e n e I a !i z e dP r e d i c t i v ec o n t r o 1 a l g or i t h r n S毗 p r o P 0 s e d . C 匕 e P r 已 姆 n t e d a c o n s t r 創(chuàng) 山 岡G PCa 】 g o r i t h

20、 l n b y u s m g a g e n em a 壇 認(rèn)o fi n p u tv 。 以 0 r . la l s oa v o i d st h e n on l i n e a rs e a r c h 助 d l ee dD o t t os o l v e D io p h 切 t i n e 丘 m c t i o n s . T 七 e 別 沈 習(xí) n d o l e P r o p os e s a s 汕P