空間分布動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的3-D模糊控制設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的多數(shù)系統(tǒng)都具有空間分布特性，但實(shí)際應(yīng)用過(guò)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(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單的集總參數(shù)控制理論去解決存在的控制問(wèn)題。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)過(guò)程提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求，除了考慮生產(chǎn)安全外，還要滿足日益增長(zhǎng)的環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量、能耗等要求。傳統(tǒng)集總參數(shù)控制方法已不能滿足實(shí)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(diǎn)之一。經(jīng)典分布參數(shù)系統(tǒng)控制方法是過(guò)去幾十年中針對(duì)空間分布系統(tǒng)

2、發(fā)展起來(lái)的方法，其不但需要系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，并且需要設(shè)計(jì)人員掌握人量的復(fù)雜的涉及到分布參數(shù)系統(tǒng)理論的數(shù)學(xué)知識(shí)，這為其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用帶米困難。模糊控制由于具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)(設(shè)計(jì)控制器不需要被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及可以通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而非復(fù)雜數(shù)學(xué)推導(dǎo)獲得令人滿意的控制器)，在現(xiàn)實(shí)生活中得到廣泛應(yīng)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(wèn)題?？臻g分布系統(tǒng)模糊控制仍然是個(gè)有待解決的問(wèn)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(duì)空間分布系統(tǒng)的模糊控制問(wèn)題進(jìn)行了研究。 主要研究工作包括以下幾個(gè)方面： ·針對(duì)傳統(tǒng)二維模糊集不能表征空間信息的特點(diǎn)，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(yùn)算法則，并且給出了由空間模糊集延伸出的兩個(gè)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(diǎn)，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(lèi)操作員知識(shí)或者專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)從整個(gè)空間角度去控制一個(gè)空間分布的場(chǎng)。作為基于空間模糊集的模糊控制策略的初步嘗試，設(shè)計(jì)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(duì)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(dǎo)下設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，由空間模糊化、空間模糊規(guī)則推理及去模糊化構(gòu)成，但卻有著其獨(dú)特的

5、特點(diǎn)： ①它可將米自空間域上的多個(gè)傳感器輸入作為空間分布輸入，然后采用空間模糊集構(gòu)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(jī)制； ③規(guī)則數(shù)目不會(huì)隨著測(cè)量傳感器的數(shù)目增加而增加。由于3-D模糊控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.空間模糊集與3-D推理均物理意義明確，計(jì)算并不復(fù)雜，使得對(duì)其作進(jìn)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(dǎo)了兩項(xiàng)輸入3-D模糊控制器的數(shù)學(xué)解析模型，并且對(duì)其作了結(jié)構(gòu)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(kù)平面分解的方法)，推導(dǎo)并得到3-D模糊控制器的數(shù)學(xué)解析模型。從數(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及與傳統(tǒng)模糊控制器存在著一個(gè)空間等價(jià)關(guān)系，并且根據(jù)這個(gè)空間等價(jià)關(guān)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(xué)解析模型的基礎(chǔ)上，研究了3-D模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。利用3-D模糊控制器在空間域上的全局滑模變結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)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(jià)關(guān)系以及離散時(shí)間系統(tǒng)的某些特點(diǎn)，研究了離散時(shí)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(shè)計(jì)控制器參數(shù)的方法。兩個(gè)例子的仿真研究分別驗(yàn)證了依據(jù)不同穩(wěn)定性條件所設(shè)計(jì)的控制器參數(shù)的有效性。 ·針對(duì)空間分布更為復(fù)雜的多控制源空間分布系統(tǒng)，提出了基于分解協(xié)調(diào)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(wèn)題。基于分解協(xié)調(diào)的3-D模糊控制采用了分層結(jié)構(gòu)。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(gè)子區(qū)域，進(jìn)而將復(fù)雜多控制源空間分行系統(tǒng)分解成多個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的單控制源空間分布予系統(tǒng)。存中間層，每個(gè)子系統(tǒng)均采用3-D模糊控制器。在頂層，針對(duì)子系統(tǒng)之間不可忽略的較強(qiáng)耦合，協(xié)調(diào)模塊對(duì)空間鄰近子系統(tǒng)之間進(jìn)行局部協(xié)調(diào)，形成了協(xié)調(diào)式3-D模糊控制。將基于分解協(xié)調(diào)的3-D模糊控制應(yīng)