高精度模糊控制策略研究及应用

模糊控制器以其结构简单、鲁棒性强、不需要被控对象的数学模型以及粗调快速等优点被广泛应用。但是,常规模糊控制器也存在控制精度不高、“调节死区”等问题。本文通过对普通模糊控制器插值机理的研究,从插值的角度用两种方法研究高精度模糊控制策略,使其逼近真实控制函数。最后,使用高精度模糊控制器对水轮机调速系统和连铸结晶器液压伺服系统进行计算机仿真研究,证明其可行性。论文的主要内容如下: 1.通过分析常规双输入单输出模糊控制器的插值机理,指出影响模糊控制器插值精度的根本原因,是在插值的意义下,作为模糊推理前件的模糊集恰好是插值的基函数,由插值得到的控制函数是否充分逼近真实控制函数,取决于这些模糊集峰点之间的距离是否充分的小。 2.分析了双输入单输出模糊控制器与PD(PI)、PID调节器的关系,指出模糊控制器是通过“原点”的分片二次曲面,具有非线性调节规律,找到了提高模糊控制器精度的关键点是如何提高“原点”附近的插值精度;证明了控制规则的单调性等价于控制函数的单调性。 3.提出了微偏差范围内递归自调整量化因子和比例因子算法以及弹性变论域算法。利用ITAE指标最小原则和对模糊控制规则相容性系数的评价优化高精度模糊控制策略控制规则库;提出了微偏差范围的经验值为总论域的1/3～1/5;设计了算法的程序流程;证明了弹性变论域模糊控制器中伸缩因子的严密性;提出伸缩因子指数取值范围τ∈(0.1,0.3)。 4.建立了水轮机调节系统、连铸结晶器电液伺服系统的仿真模型,并且分别用PID控制器、普通模糊控制器和高精度模糊控制器对其进行了仿真研究,通过调试确定了高精度模糊控制器重要参数,验证高精度模糊控制器的优良特性。 5.提出了高精度模糊控制策略有待进一步解决的问题和工程应用的前景。