模糊建模與控制及其在電廠熱工自動(dòng)控制中的應(yīng)用.pdf

1、模糊系統(tǒng)建模、模糊控制器分析與設(shè)計(jì)及模糊控制理論的應(yīng)用是模糊控制研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)也是模糊控制理論未來(lái)的發(fā)展方向，本文仔細(xì)分析了模糊控制理論研究及其在電廠熱工自動(dòng)控制中應(yīng)用的發(fā)展與現(xiàn)狀，對(duì)熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。主要做了以下幾方面工作：
　　1．T-S模糊模型離線辨識(shí)方法研究。針對(duì)常用的模糊聚類算法中普遍存在的對(duì)初始值和噪聲敏感，部分聚類參數(shù)需預(yù)先確定，而已有的模糊競(jìng)爭(zhēng)聚類算法收斂特性差，易于陷入局部最優(yōu)等問(wèn)題，提出

2、了一種模糊自適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)聚類算法，該算法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要對(duì)系統(tǒng)模糊規(guī)則的主要參數(shù)進(jìn)行預(yù)先確定，只根據(jù)被辨識(shí)系統(tǒng)的輸入輸出測(cè)試數(shù)據(jù)就可以直接辨識(shí)出系統(tǒng)的模糊規(guī)則及模型參數(shù)。并且采用正交最小二乘算法，有效地減少了模糊聚類過(guò)程中產(chǎn)生的冗余或不重要的模糊規(guī)則，獲取包含系統(tǒng)重要特征的模糊規(guī)則，由此獲得的T-S模糊模型具有較高的建模精度和泛化能力；
　　2．T-S模糊模型在線辨識(shí)方法研究。由于實(shí)際過(guò)程的時(shí)變性、隨機(jī)干擾及對(duì)象模型參數(shù)的不確定性等因

3、素的存在，有些情況下使得通過(guò)離線建模方法難以獲得實(shí)用有效的對(duì)象模型，為此本文進(jìn)行了模型在線辨識(shí)方法研究。首先用數(shù)據(jù)濾波技術(shù)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，剔除噪聲和異常數(shù)據(jù)；然后依據(jù)本文提出的新型勢(shì)函數(shù)對(duì)模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線辨識(shí)，并利用梯度下降法對(duì)獲得的模糊規(guī)則及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；定義了模糊規(guī)則影響力的新準(zhǔn)則，用于解決模糊規(guī)則的在線更新和優(yōu)化問(wèn)題。模糊規(guī)則后件參數(shù)采用擴(kuò)展卡爾曼濾波遞歸算法辨識(shí)，保證了模型的辨識(shí)精度和計(jì)算效率。
　　3．針對(duì)模糊

4、PID控制缺乏系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法，控制參數(shù)整定困難等問(wèn)題，提出兩種新型結(jié)構(gòu)FUZZY-PID控制器和兩種新的控制參數(shù)整定方法。
　　1）FUZZY-PID-Ⅰ：首先針對(duì)常規(guī)模糊PID控制器存在的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能無(wú)法兼顧等問(wèn)題，提出一種參數(shù)自整定模糊PID控制器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、算法簡(jiǎn)便，具有良好的動(dòng)態(tài)特性、能夠有效地消除靜態(tài)偏差；然后利用模糊PID與常規(guī)PID結(jié)構(gòu)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及常規(guī)PID參數(shù)的整定算法，提出了這種控制器參數(shù)的魯棒整定方

5、法；采用基于工程整定思想的模糊規(guī)則對(duì)控制參數(shù)在線優(yōu)化；最后給出了這種控制器的穩(wěn)定性證明和性能分析。
　　2）FUZZY-PID-Ⅱ：首先針對(duì)一般模糊PID控制器控制精度差、對(duì)設(shè)定值變化敏感等問(wèn)題，提出一種新型結(jié)構(gòu)的模糊PID控制器，它由兩個(gè)模糊PD控制器和一個(gè)常規(guī)積分控制器組成；模糊PID控制器參數(shù)如何整定一直是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題，采用常規(guī)優(yōu)化算法，當(dāng)存在模型失配時(shí)，控制器的綜合性能指標(biāo)往往無(wú)法得到保證，魯棒穩(wěn)定性較差。為此本文提

6、出了一種基于多目標(biāo)、多模型的粒子群優(yōu)化算法，這種算法在進(jìn)行控制器參數(shù)優(yōu)化時(shí)，可以充分考慮被控對(duì)象模型參數(shù)的不確定性，并可以根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)整參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，因此即使在被控對(duì)象模型失配較大的情況下，控制系統(tǒng)仍然能夠保持良好的控制性能和魯棒穩(wěn)定性。
　　4．針對(duì)我國(guó)母管制鍋爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中普遍存在的控制對(duì)象特性復(fù)雜(非線性、強(qiáng)耦合、大滯后、工況變化頻繁)，常規(guī)控制策略難于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、有效的控制等問(wèn)題，將模糊控制、控制參

7、數(shù)魯棒優(yōu)化算法與傳統(tǒng)PID控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提出了鍋爐母管蒸汽壓力控制新策略?？刂葡到y(tǒng)的外環(huán)采用常規(guī)的PID控制器來(lái)保證母管壓力的穩(wěn)定；內(nèi)環(huán)采用模糊PID控制器來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性，抑制鍋爐系統(tǒng)的內(nèi)、外擾動(dòng)；上述控制器參數(shù)的初值采用粒子群優(yōu)化算法離線計(jì)算，實(shí)際運(yùn)行時(shí)再根據(jù)系統(tǒng)不同的運(yùn)行工況在線調(diào)整。應(yīng)用結(jié)果表明，采用這種控制策略能夠明顯改善了系統(tǒng)的控制品質(zhì)和有效地克服工況變化對(duì)控制性能的不利影響。
　　5．針對(duì)目前單元制機(jī)