模糊控制中高级算法的设计和研究

论文摘要

基于数学模型的控制系统设计方法虽然在处理实际工程问题时取得了不同程度的成功,但面对复杂、时变和具有多种不确定性的受控对象和环境,却难以设计出结构简单而有效的控制器。而在这种情况下有经验的操作人员或专家却能够凭借实践积累的技能和知识,对这类过程实现有效的控制。模糊集理论正是由于提供了将人类专家的控制经验定量化的有效工具,才使得基于这种理论设计的模糊控制器能够模拟人的思维方式和利用人的控制经验,成功地解决工程实践中大量的常规控制方法难以解决的复杂、不确定性系统的控制问题。对于复杂控制问题,模糊控制技术能提供比PID控制技术更优良的控制性能,已被许多大公司嵌入到控制系统软件中,在一些大型的过程控制系统中得到应用。但模糊控制在许多中小型装置中还未得到广泛应用。本文在综述了模糊控制应用研究现状的基础上,进行了模糊控制仪表中高级算法的设计和应用研究。这对于推动模糊控制技术在复杂工业过程中的应用和提高控制系统性能具有十分重要的理论意义和实用价值。模糊控制是建立在人工经验基础之上的,它能将熟练操作员的实践经验加以总结和描述,并用语言表达出来,得到定性的、不精确的控制规则,不需要被控对象的数学模型。模糊控制易于被人们接受,构造容易,鲁棒性和适应性好。本文的主要工作:第一章为绪论,介绍了课题的背景意义,模糊控制的发展过程,模糊控制在国外、国内的应用研究,并总结出众多学者研究在模糊控制技术中的主要研究方面。最后总结本文的主要工作。第二章介绍了模糊控制原理,详细介绍了模糊控制的特点及面临的主要任务,给出了模糊控制原理图和具体模型的模糊化和模糊量的判决方法。设计了一个基本模糊控制器,并应用MATLAB语言设计出模糊控制器的查询表。给出模糊控制和PID控制的仿真比较,说明模糊控制的鲁棒性优于PID控制。第三章基于模糊控制不依赖对象模型、适于非线性控制、鲁棒性好的特点,在对国内外众多模糊控制方案综合、分析、比较的基础上,结合传统PID控制的特点,采用模糊PID复合控制这一新的方式对某火电厂典型控制对象实施模糊控制策略的应用与研究。以期改善和提高被控过程的控制品质。并通过控制系统仿真应用研究验证模糊PID控制策略及算法的有效性及可行性。设计了模糊PID控制器,并应用MATLAB语言进行编程,给出仿真结果。第四章设计了模糊自适应PID控制器,并设计出计算程序,给出仿真结果。常规PID控制器依赖于精确的数学模型,模糊控制器无积分作用,很难消除静差。将模糊控制器与PID控制器结合在一起,利用模糊逻辑控制实现了PID参数的在线自调整,使控制系统性能得到改善。第五章的主要工作是对模糊控制器加以改进,模糊控制器虽然能克服模型失配带来的不良影响,但是当模型误差增大时,控制效果明显下降,因此本文将改进的模糊控制器与Smith预估器相结合,实现了一个实时调整惯性环节参数的自适应机构。最后结合MATLAB仿真,分析比较这种控制方法的控制结果,证明改进后的控制方法有较好的控制效果,在时滞过程的控制中具有一定的应用前景。第六章总结全文,进行实际工程应用的展望,并提出进一步研究的方向。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 模糊控制理论的发展及应用
• 1.2.1 模糊控制理论的发展概况
• 1.2.2 模糊控制理论的应用现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本章的主要工作
• 第二章 基本模糊控制器的设计
• 2.1 模糊控制理论简介
• 2.1.1 模糊控制系统分析
• 2.1.2 模糊控制算法的实现
• 2.2 基本模糊控制器的设计
• 2.2.1 模糊控制器的结构
• 2.2.2 模糊推理方法
• 2.2.3 模糊量的判决（解模糊）
• 2.2.4 控制表的计算程序设计
• 2.3 仿真分析
• 2.3.1 仿真简介
• 2.3.2 仿真结果
• 2.4 本章的主要工作
• 第三章 模糊PID控制器的设计研究
• 3.1 模糊PID控制系统的设计
• 3.1.1 模糊PID控制器的控制系统结构
• 3.1.2 模糊PID控制器的设计
• 3.2 设计实例与仿真研究
• 3.3 本章的主要工作
• 第四章 模糊自适应整定PID控制算法设计研究
• 4.1 模糊自整定PID控制原理
• 4.1.1 参数自整定思想
• 4.1.2 模糊自整定PID参数的调整规则
• 4.2 算法设计
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章的主要工作
• 第五章 基于模糊自整定的改进SMITH预估控制系统
• 5.1 改进的SMITH预估控制系统
• 5.1.1 Smith预估控制系统
• 5.1.2 改进的Smith预估控制系统结构
• 5.1.3 Smith预估器参数自整定器
• 5.2 改进设计
• 5.2.1 PI参数模糊自校正机构
• 5.2.2 PI参数模糊自校正规则
• 5.2.3 模糊化策略和模糊判决方法
• 5.2.4 模糊自校正机构中关键参数的选定方法
• 5.3 仿真结果及比较
• 5.4 本章的主要工作
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表