連續(xù)非線性系統(tǒng)的魯棒模糊跟蹤控制及其在電站中速磨煤機(jī)上的應(yīng)用.pdf

1、在過(guò)去的十幾年時(shí)間里，非線性系統(tǒng)的跟蹤控制問(wèn)題受到眾多專(zhuān)家學(xué)者的重視，并取得了許多重要的成果。然而到目前為止，大多數(shù)非線性系統(tǒng)的跟蹤控制方案都無(wú)法對(duì)給定的軌跡進(jìn)行漸近跟蹤，而且很難綜合考慮非線性模型中的不確定性及H2和H∞等性能指標(biāo)。有少數(shù)方案通過(guò)采用自適應(yīng)控制等算法可對(duì)給定軌跡進(jìn)行漸近跟蹤控制，但是這些方案往往使得控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性變差。 針對(duì)以上問(wèn)題，本文以保證跟蹤控制系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)為中心，在保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的前提下提出多種

2、基于T-S模糊模型的跟蹤控制方案。所提出的控制方案可使連續(xù)非線性系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)非線性系統(tǒng))在包含參數(shù)不確定性的情況下很好地跟蹤給定參考軌跡，與此同時(shí)消除外界干擾對(duì)系統(tǒng)的影響并保證閉環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)部穩(wěn)定性。以電站中速磨煤機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)中速磨)為應(yīng)用對(duì)象，采用所提出的控制方案設(shè)計(jì)其跟蹤控制系統(tǒng)，達(dá)到改善控制性能的目標(biāo)。本文的主要工作概括如下： 1.提出非線性系統(tǒng)的模糊漸近跟蹤控制方案。將需要跟蹤的給定軌跡及被控對(duì)象所受外界干擾的內(nèi)模嵌入到控制系統(tǒng)

3、中，抵消跟蹤軌跡與外界干擾的傳遞函數(shù)中包含的不穩(wěn)定極點(diǎn)，從而使非線性系統(tǒng)的輸出可以漸近跟蹤給定軌跡并抑制擾干擾。為了使控制系統(tǒng)可應(yīng)用于狀態(tài)變量不可測(cè)量的情況，設(shè)計(jì)了模糊跟蹤控制器對(duì)應(yīng)的模糊觀測(cè)器。接著分析了跟蹤控制器及其觀測(cè)器穩(wěn)定的充分條件及跟蹤控制器和觀測(cè)器分步設(shè)計(jì)后系統(tǒng)整體穩(wěn)定的充分條件。然后討論了對(duì)跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的方法。 2.提出非線性系統(tǒng)滿(mǎn)足H∞抗干擾性能指標(biāo)的魯棒模糊跟蹤控制方案。與非線性系統(tǒng)的模糊漸近跟蹤控

4、制方案相比，此方案考慮了T-S模糊模型中的逼近誤差及控制系統(tǒng)的H∞抗干擾性能指標(biāo)。使得受外界特性未知擾動(dòng)影響的非線性系統(tǒng)的輸出可以很好地跟蹤給定軌跡。針對(duì)狀態(tài)變量不可直接測(cè)量的情況，設(shè)計(jì)了H∞魯棒模糊控制器對(duì)應(yīng)的模糊觀測(cè)器，進(jìn)一步地，給出了H∞魯棒模糊跟蹤控制器和對(duì)應(yīng)觀測(cè)器穩(wěn)定及整個(gè)H∞魯棒模糊跟蹤控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。 3.提出非線性系統(tǒng)的混合H2/H∞魯棒模糊跟蹤控制方案。與非線性系統(tǒng)的H∞魯棒模糊跟蹤控制方案相比，該方案

5、考慮了系統(tǒng)的H2性能指標(biāo)及T-S模糊模型中子系統(tǒng)輸出方程的逼近誤差，更完整地描述了實(shí)際的非線性系統(tǒng)。混合H2/H∞魯棒模糊跟蹤控制方案能很好地跟蹤給定軌跡，而且滿(mǎn)足對(duì)特性未知干擾抑制程度的H∞性能指標(biāo)與控制過(guò)程中的H2優(yōu)化性能指標(biāo)。所證明的控制器及整個(gè)跟蹤控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性定理則從理論上保證了所提控制方案的正確性。 4.提出非線性系統(tǒng)的魯棒模糊漸近跟蹤控制方案。將非線性系統(tǒng)所包含的不確定性體現(xiàn)為T(mén)-S模型中的參數(shù)不確定性。將系統(tǒng)所

6、需跟蹤的軌跡及外界干擾的內(nèi)模加入控制系統(tǒng)中，從而對(duì)給定軌跡進(jìn)行漸近跟蹤并近似完全抑制干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，改善了系統(tǒng)的抗干擾的性能。接著，對(duì)跟蹤控制器及其觀測(cè)器的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析并給出了保證魯棒模糊跟蹤控制系統(tǒng)整體穩(wěn)定的充分條件。 5.在對(duì)中速磨的運(yùn)行機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，改進(jìn)其已有的非線性數(shù)學(xué)模型?；谶@個(gè)改進(jìn)后的模型，提出了中速磨的T-S模糊模型，從而便于設(shè)計(jì)其控制器。所提出的T-S模糊模型由幾個(gè)線性子模型所組成，采用遺傳算法可以辨

7、識(shí)得到子模型所包含的系數(shù)從而獲得整個(gè)T-S模糊模型。該T-S模糊模型完全等價(jià)于改進(jìn)后的中速磨的非線性數(shù)學(xué)模型。對(duì)一臺(tái)實(shí)際運(yùn)行的中速磨進(jìn)行模糊建模，得到的T-S模糊模型真實(shí)地反映了中速磨的運(yùn)行狀況，驗(yàn)證了所提模型的有效性。 6.對(duì)魯棒模糊跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了分析與歸納。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了中速磨的魯棒模糊跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，方便現(xiàn)場(chǎng)工程師開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行仿真試驗(yàn)。然后在中速磨出口變量的參考軌跡為典型的階躍信號(hào)和復(fù)雜信號(hào)