【摘要】：作為自然界和工程技術中最為普遍的現(xiàn)象,非線性系統(tǒng)一直是自動控制領域內一個具有重要理論價值和現(xiàn)實意義的熱點問題。尋求一種直接對非線性系統(tǒng)進行控制和處理的方法,是自動控制領域一直追求的目標。本文立足于這一問題,從工程實現(xiàn)角度出發(fā),力求能夠在非線性系統(tǒng)反饋控制和參數(shù)調節(jié)等方面為非線性系統(tǒng)控制與應用提供一定的理論基礎。多維泰勒網(wǎng)通過對輸入信號進行指定冪次的高階擴展,因而具有良好的逼近性能。同時,多維泰勒網(wǎng)內部只含有加法和乘法,計算簡便,便于實現(xiàn)實時控制。作為動力學系統(tǒng),多維泰勒具有相對固定的基本結構,所以在一定程度上弱化了控制器設計對系統(tǒng)模型信息的依賴�；诖�,本文以實際應用為最終目的,探討了多維泰勒網(wǎng)控制器在針對不同非線性定常系統(tǒng)(為敘述方便,以下忽略“定常”字樣,簡稱非線性系統(tǒng))情況下的具體問題。針對單輸入單輸出模型已知非線性系統(tǒng),單輸入單輸出模型未知非線性系統(tǒng),多輸入多輸出非線性系統(tǒng),分別研究了相應的多維泰勒網(wǎng)控制器基本結構,輸入構成,參數(shù)選擇以及算法調整等具體問題。在非線性系統(tǒng)控制器適用性以及實現(xiàn)手段等方面也做了初步研究。論文的主要工作概括如下:1.針對單輸入單輸出非線性系統(tǒng)控制,在一般多維泰勒網(wǎng)的基礎上,加入控制項,提出了多維泰勒網(wǎng)最優(yōu)反饋控制器,證明了多維泰勒網(wǎng)基本結構的有效性。并基于此,給出了以共軛梯度法為基礎,對帶有輸入項權重的控制器參數(shù)進行訓練的基本算法,同時提出通過極小值原理進行控制器參數(shù)初值選取的基本思路。由于是對控制輸入及其高冪次乘積的線性組合,所以便于計算機實現(xiàn),此外還可以有效地克服對系統(tǒng)模型的依賴,與此同時大大降低了計算的復雜性。在存在建模誤差的情況下,實現(xiàn)了非線性系統(tǒng)的閉環(huán)最優(yōu)跟蹤控制,并且給出了多維泰勒網(wǎng)控制器的一般設計過程。最后,進行了數(shù)值算例仿真,實驗結果證明了所提方法的有效性。在實現(xiàn)單輸入單輸出非線性系統(tǒng)最優(yōu)閉環(huán)跟蹤輸出反饋控制問題中,MTN控制器能夠保證實時控制精度,同時具有更好的動態(tài)性能、魯棒性和抗干擾能力。2.研究了基于多維泰勒網(wǎng)的輸出反饋離散時間形式單輸入單輸出非線性系統(tǒng)的跟蹤控制。在模型未知的情況下,針對單輸入單輸出非線性系統(tǒng),提出一種基于多維泰勒網(wǎng)控制器的新型控制方法。通過構造李雅普諾夫函數(shù),證明了閉環(huán)系統(tǒng)的輸出信號能夠保持有界,跟蹤誤差收斂到原點附近的任意小鄰域內�；诙嗑S泰勒網(wǎng)的辨識方法也一并提出,多維泰勒網(wǎng)辨識無需依賴實際系統(tǒng)的機理模型結構,因為多維泰勒網(wǎng)本身即為一種動力學模型,就可以作為系統(tǒng)模型逼近任意非線性系統(tǒng)。真實系統(tǒng)的參數(shù)辨識體現(xiàn)在多維泰勒網(wǎng)內部權值的調整過程中。僅僅通過網(wǎng)絡外部的輸入輸出數(shù)據(jù),便可在網(wǎng)絡內部歸納出隱含于數(shù)據(jù)中非顯式表達的特征。同時多維泰勒網(wǎng)結構化明顯,僅對網(wǎng)絡內部權值調整,即可逼近真實系統(tǒng)的輸出。最后,進行了數(shù)值算例仿真,實驗結果證明了所提方法的有效性。3.實際被控對象一般都是多輸入多輸出非線性系統(tǒng),并且多會伴有模型不精確甚至是模型未知等問題�？紤]工程中常見的控制輸入以非線性耦合形式作用于系統(tǒng)的多輸入多輸出非線性系統(tǒng),以系統(tǒng)的漸近跟蹤與動態(tài)調節(jié)問題為研究對象,提出了一種基于多維泰勒網(wǎng)控制器的新型多輸入多輸出非線性系統(tǒng)控制方法。證明了當滿足某些條件,跟蹤誤差收斂到原點附近的任意小鄰域。通過設計多維泰勒網(wǎng)自適應最優(yōu)輸出反饋控制器,實現(xiàn)了多輸入多輸出非線性系統(tǒng)穩(wěn)定,系統(tǒng)輸出能夠跟蹤期望信號同時跟蹤誤差趨近于有界。此外,該多維泰勒網(wǎng)絡控制器參數(shù)調整算法中不需要被控對象內部的具體參數(shù),同時給出了一個得到控制器參數(shù)的大致流程。最后,進行了數(shù)值算例仿真,實驗結果證明了所提方法的有效性。在實驗過程中,多維泰勒網(wǎng)絡控制器跟蹤期望輸出的曲線效果令人滿意。4.考慮多輸入多輸出非線性不確定性離散系統(tǒng),提出基于多維泰勒網(wǎng)的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)自適應輸出反饋控制器。通過構造李雅普諾夫函數(shù),證明了所有閉環(huán)系統(tǒng)的輸出信號均為半全局一致最終有界并且輸出誤差收斂到緊集。此處研究的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)每個子系統(tǒng)可以有不同的階次,而且每個子系統(tǒng)的等式中均包含耦合項,而并非只在每個子系統(tǒng)最后一個方程中出現(xiàn)耦合。多維泰勒網(wǎng)作為動力學系統(tǒng)的一種,其本身便可以作為系統(tǒng)模型。并且多維泰勒網(wǎng)中只含有加法和乘法,所以便于實現(xiàn)實時控制。由于控制器計算量的減少,使得控制過程中的實時性得到了顯著提高。此外,多維泰勒網(wǎng)最優(yōu)控制器還具有更好的動態(tài)特性。相應的自適應調整算法也一并提出。并且詳描了多維泰勒網(wǎng)控制器設計的一般過程。最后,進行了數(shù)值算例仿真。驗證了多維泰勒網(wǎng)控制器不僅可以使前述非線性系統(tǒng)實現(xiàn)漸近跟蹤,而且還可以使系統(tǒng)性能得到優(yōu)化。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP13
【圖文】：

圖 1-1 多維泰勒網(wǎng)控制器結構圖看出，多維泰勒網(wǎng)是一個由輸入層、中間層和輸出層組器輸入向量，用于實現(xiàn)網(wǎng)絡的輸入；中間層為網(wǎng)絡處理接權值組成；輸出層節(jié)點，用于產(chǎn)生被控對象的控制輸直觀，容易與自適應控制、學習控制和預測控制等其它

圖 2-1 多維泰勒網(wǎng)基本結構 ,1 ,2 , ( , ), , ,j j j j N n mp p p p，其中 ( j 1,2, n)為連線權重。項的構造圖，如圖 2-2 所示：

【參考文獻】

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本文編號：2739337