【摘要】：作為自然界和工程技術(shù)中最為普遍的現(xiàn)象,非線性系統(tǒng)一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)具有重要理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義的熱點(diǎn)問(wèn)題。尋求一種直接對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制和處理的方法,是自動(dòng)控制領(lǐng)域一直追求的目標(biāo)。本文立足于這一問(wèn)題,從工程實(shí)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(diào)節(jié)等方面為非線性系統(tǒng)控制與應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。多維泰勒網(wǎng)通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行指定冪次的高階擴(kuò)展,因而具有良好的逼近性能。同時(shí),多維泰勒網(wǎng)內(nèi)部只含有加法和乘法,計(jì)算簡(jiǎn)便,便于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。作為動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),多維泰勒具有相對(duì)固定的基本結(jié)構(gòu),所以在一定程度上弱化了控制器設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)模型信息的依賴(lài)。基于此,本文以實(shí)際應(yīng)用為最終目的,探討了多維泰勒網(wǎng)控制器在針對(duì)不同非線性定常系統(tǒng)(為敘述方便,以下忽略“定�！弊謽�,簡(jiǎn)稱(chēng)非線性系統(tǒng))情況下的具體問(wèn)題。針對(duì)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(yīng)的多維泰勒網(wǎng)控制器基本結(jié)構(gòu),輸入構(gòu)成,參數(shù)選擇以及算法調(diào)整等具體問(wèn)題。在非線性系統(tǒng)控制器適用性以及實(shí)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(duì)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(chǔ)上,加入控制項(xiàng),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(jié)構(gòu)的有效性。并基于此,給出了以共軛梯度法為基礎(chǔ),對(duì)帶有輸入項(xiàng)權(quán)重的控制器參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練的基本算法,同時(shí)提出通過(guò)極小值原理進(jìn)行控制器參數(shù)初值選取的基本思路。由于是對(duì)控制輸入及其高冪次乘積的線性組合,所以便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),此外還可以有效地克服對(duì)系統(tǒng)模型的依賴(lài),與此同時(shí)大大降低了計(jì)算的復(fù)雜性。在存在建模誤差的情況下,實(shí)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(shè)計(jì)過(guò)程。最后,進(jìn)行了數(shù)值算例仿真,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提方法的有效性。在實(shí)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(wèn)題中,MTN控制器能夠保證實(shí)時(shí)控制精度,同時(shí)具有更好的動(dòng)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(shí)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(duì)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(guò)構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù),證明了閉環(huán)系統(tǒng)的輸出信號(hào)能夠保持有界,跟蹤誤差收斂到原點(diǎn)附近的任意小鄰域內(nèi)�；诙嗑S泰勒網(wǎng)的辨識(shí)方法也一并提出,多維泰勒網(wǎng)辨識(shí)無(wú)需依賴(lài)實(shí)際系統(tǒng)的機(jī)理模型結(jié)構(gòu),因?yàn)槎嗑S泰勒網(wǎng)本身即為一種動(dòng)力學(xué)模型,就可以作為系統(tǒng)模型逼近任意非線性系統(tǒng)。真實(shí)系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)體現(xiàn)在多維泰勒網(wǎng)內(nèi)部權(quán)值的調(diào)整過(guò)程中。僅僅通過(guò)網(wǎng)絡(luò)外部的輸入輸出數(shù)據(jù),便可在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部歸納出隱含于數(shù)據(jù)中非顯式表達(dá)的特征。同時(shí)多維泰勒網(wǎng)結(jié)構(gòu)化明顯,僅對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部權(quán)值調(diào)整,即可逼近真實(shí)系統(tǒng)的輸出。最后,進(jìn)行了數(shù)值算例仿真,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提方法的有效性。3.實(shí)際被控對(duì)象一般都是多輸入多輸出非線性系統(tǒng),并且多會(huì)伴有模型不精確甚至是模型未知等問(wèn)題�？紤]工程中常見(jiàn)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(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)問(wèn)題為研究對(duì)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(dāng)滿(mǎn)足某些條件,跟蹤誤差收斂到原點(diǎn)附近的任意小鄰域。通過(guò)設(shè)計(jì)多維泰勒網(wǎng)自適應(yīng)最優(yōu)輸出反饋控制器,實(shí)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(hào)同時(shí)跟蹤誤差趨近于有界。此外,該多維泰勒網(wǎng)絡(luò)控制器參數(shù)調(diào)整算法中不需要被控對(duì)象內(nèi)部的具體參數(shù),同時(shí)給出了一個(gè)得到控制器參數(shù)的大致流程。最后,進(jìn)行了數(shù)值算例仿真,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提方法的有效性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,多維泰勒網(wǎng)絡(luò)控制器跟蹤期望輸出的曲線效果令人滿(mǎn)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(yīng)輸出反饋控制器。通過(guò)構(gòu)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(hào)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(gè)子系統(tǒng)可以有不同的階次,而且每個(gè)子系統(tǒng)的等式中均包含耦合項(xiàng),而并非只在每個(gè)子系統(tǒng)最后一個(gè)方程中出現(xiàn)耦合。多維泰勒網(wǎng)作為動(dòng)力學(xué)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。由于控制器計(jì)算量的減少,使得控制過(guò)程中的實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)特性。相應(yīng)的自適應(yīng)調(diào)整算法也一并提出。并且詳描了多維泰勒網(wǎng)控制器設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。最后,進(jìn)行了數(shù)值算例仿真。驗(yàn)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(shí)現(xiàn)漸近跟蹤,而且還可以使系統(tǒng)性能得到優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP13
【圖文】：

圖 1-1 多維泰勒網(wǎng)控制器結(jié)構(gòu)圖看出，多維泰勒網(wǎng)是一個(gè)由輸入層、中間層和輸出層組器輸入向量，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的輸入；中間層為網(wǎng)絡(luò)處理接權(quán)值組成；輸出層節(jié)點(diǎn)，用于產(chǎn)生被控對(duì)象的控制輸直觀，容易與自適應(yīng)控制、學(xué)習(xí)控制和預(yù)測(cè)控制等其它

圖 2-1 多維泰勒網(wǎng)基本結(jié)構(gòu) ,1 ,2 , ( , ), , ,j j j j N n mp p p p，其中 ( j 1,2, n)為連線權(quán)重。項(xiàng)的構(gòu)造圖，如圖 2-2 所示：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2739337