基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多變量解耦控制方法.研究

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1、人連理工人學(xué)碩士研究生學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“大連理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”，同意大連理工大學(xué)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。作者簽名：奉叁墼副F簽名：磁乞島!生年旦月丑

2、_l大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論1．1引言工業(yè)控制中，被控系統(tǒng)大多數(shù)是多變量系統(tǒng)(MIMo)。與單變量系統(tǒng)(siso)相比，MIMO系統(tǒng)有多個(gè)

3、輸入和輸出，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，會(huì)帶來一些特殊問題【3J：(1)關(guān)聯(lián)性在多數(shù)MIMO系統(tǒng)中，一個(gè)輸入信號(hào)的變化會(huì)使多個(gè)輸出量發(fā)生變化，一個(gè)輸出也會(huì)受多個(gè)輸入的影響。將輸入與輸出配對(duì)，用一個(gè)輸入和一個(gè)輸出構(gòu)成閉環(huán)控制回路時(shí)，各回路之閫會(huì)存在相互影響，使得系統(tǒng)的控制品質(zhì)急劇下降，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)無法工作。(2)模型的不確定性SISO模型多半是低階慣性環(huán)節(jié)加純延遲，控制回路簡(jiǎn)單，涉及的參數(shù)較少，其常用的PID控制器也有很好的控制特性，因此不確定性影響不大。MIMOⅢJJ涉及較多參數(shù)，難以得到精確的數(shù)學(xué)模型，各控制回路聯(lián)系多，使得參數(shù)變動(dòng)對(duì)整體控制效果的影響變得復(fù)雜

4、。(3)控制部件的失效和完整性當(dāng)系統(tǒng)的某些環(huán)節(jié)(如傳感器或執(zhí)行器)出現(xiàn)故障時(shí)，可能影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，造成重大事故。在MIMO系統(tǒng)中有多個(gè)回路，其環(huán)節(jié)增多。因此控制部件失效的可能性增大，將導(dǎo)致對(duì)其控制的難度增大。在此情況下，則要求在失效時(shí)系統(tǒng)仍不喪失某些基本性能(此特性稱為完整性)，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性不能變得太壞，即對(duì)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制。在多變量的幾個(gè)特殊問題中，回路之間的關(guān)聯(lián)最為典型，甚至在某些情況下，耦合不解除，系統(tǒng)就無法控制。多變量系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)思想在控制學(xué)科發(fā)展初期就已經(jīng)形成，在Boksenbom．Hood的

5、報(bào)告和錢學(xué)森的著作中就已得到了基本研究；此后，Kavanagh等人將這個(gè)理論用于過程控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代控制理論的框架內(nèi)，這個(gè)問題I掃M(jìn)organ在1964年正式提出。隨著被控系統(tǒng)越來越復(fù)雜，被控對(duì)象存在著更多難以控制的因素，如不確定性、多外擾、非線性、滯后、非最小相位特性等，使得工程對(duì)耦合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求越來越高，設(shè)計(jì)難度也越來越大。解耦問題成為學(xué)術(shù)上與工程上一大難題，所以一直以來理論與工程界將其作為一個(gè)熱點(diǎn)問題研究?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的多變量解耦控制方法研究1．2解耦控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀目前，在理論上研究比較成熟的解耦控制技術(shù)可分為以下幾類；傳統(tǒng)解耦方法、基

6、于現(xiàn)代控制理論的解耦方法、自適應(yīng)解耦方法和智能解耦方法。1．2．1傳統(tǒng)的解耦方法傳統(tǒng)解耦方法主要適用于線性定常MIMO系統(tǒng)，如下所述：(1)基于古典控制理論的串聯(lián)解耦由Bristol提出的相對(duì)增益分析法和由Bolscnbom．Hood和錢學(xué)森首先提出的對(duì)角形解耦方法【4】，是古典解耦的代表。其基本思想是：適當(dāng)設(shè)計(jì)，使得聯(lián)系MIMO控制系統(tǒng)。輸入變量與輸出變量之間的系統(tǒng)傳函矩陣成為對(duì)角矩陣。在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步改進(jìn)是改變目標(biāo)矩陣(目標(biāo)矩陣一般取原模型對(duì)角線矩陣的減階形式)的解耦，它除了解耦外，能同時(shí)改變各個(gè)控制通道特性，使之更易于控制。(2)基于多變量頻域

7、理論的逆Nyquist曲線法、序列回差法和特征曲線分析法pJ。這幾種方法本身引用的概念多，計(jì)算復(fù)雜。1．2．2基于現(xiàn)代控制理論的解耦方法由Fa]b等人發(fā)展起來的狀態(tài)變量法一主要有線性狀態(tài)反饋解耦和線性輸出反饋解耦。其基本思想是：通過從狀態(tài)變量或輸出變量處引出一個(gè)反饋陣，使得系統(tǒng)傳遞函數(shù)陣成為一個(gè)對(duì)角形有理多項(xiàng)式矩陣。這種方法首先需要進(jìn)行能解耦性判定。1．2．3自適應(yīng)解耦方法自適應(yīng)控制的思想與解耦控制技術(shù)相結(jié)合并用于多變量系統(tǒng)中，就形成了自適應(yīng)解耦方法16】。自適應(yīng)解耦的目標(biāo)是使系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)成為對(duì)角陣，通常把耦合信號(hào)作為干擾處理。自適應(yīng)解耦實(shí)質(zhì)上采

8、用了最優(yōu)控制的方法，建立目標(biāo)函數(shù)并對(duì)參數(shù)尋優(yōu)是該方法的核心，這是與傳統(tǒng)解耦方法的本質(zhì)區(qū)別，是解耦理論的重大突破，也是智能解耦理論的基礎(chǔ)。1．2．4智能解耦方法近幾年來，隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，“智能”的思想已運(yùn)用于解耦控制中并取得一定的成果。智能解耦方法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦方法為代表。文獻(xiàn)[6]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可訓(xùn)練性與結(jié)構(gòu)通用性，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)償環(huán)節(jié)而達(dá)到解耦的目的。當(dāng)對(duì)象的輸入輸出之間存在耦合，又沒有確定的映射關(guān)系，可以建立相應(yīng)的模糊規(guī)則，進(jìn)行模糊解耦。文獻(xiàn)[7]采用模糊概念表述相對(duì)耦合度，用模糊控制的方法設(shè)計(jì)了模糊解耦補(bǔ)償器，使系大連理工大學(xué)碩士學(xué)位

9、論文統(tǒng)能按不同的被控過程特性達(dá)到一定的解耦要求。文獻(xiàn)[8]將預(yù)測(cè)控制的思想引入解耦控制中，進(jìn)行