模糊建模與控制及其在電廠熱工自動控制中的應(yīng)用

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1、工學(xué)博士學(xué)位論文模糊建模與控制及其在電廠熱工自動控制中的應(yīng)用郝萬君哈爾濱工業(yè)大學(xué)2006年12月國內(nèi)圖書分類號：TP273+.4國際圖書分類號：681.536.6工學(xué)博士學(xué)位論文模糊建模與控制及其在電廠熱工自動控制中的應(yīng)用博士研究生：郝萬君導(dǎo)師：強文義教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：控制科學(xué)與工程所在單位：控制科學(xué)與工程系答辯日期：2006年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex：TP273+.4U.D.C.：681.536.6DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringFUZZYMODELING,FUZZYC

2、ONTROL ANDTHEIRAPPLICATIONINAUTOMATICCONTROLOFPOWER PLANTTHERMALPROCESSCandidate:HaoWanjunSupervisor:Prof.QiangWenyiAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringAffiliation:ControlScienceandEngineeringDateofDefence:Dec,2006Degree-Conferring-Institution:Harbi

3、nInstituteofTechnology摘要摘要模糊系統(tǒng)建模、模糊控制器分析與設(shè)計及模糊控制理論的應(yīng)用是模糊控制研究的熱點問題，同時也是模糊控制理論未來的發(fā)展方向，本文仔細分析了模糊控制理論研究及其在電廠熱工自動控制中應(yīng)用的發(fā)展與現(xiàn)狀，對熱點、難點問題進行了深入細致的研究。主要做了以下幾方面工作：1．T-S模糊模型離線辨識方法研究。針對常用的模糊聚類算法中普遍存在的對初始值和噪聲敏感，部分聚類參數(shù)需預(yù)先確定，而已有的模糊競爭聚類算法收斂特性差，易于陷入局部最優(yōu)等問題，提出了一種模糊自適應(yīng)競爭聚類算法，該算法的優(yōu)點在于不需要對系統(tǒng)模糊規(guī)則的主要參數(shù)進行預(yù)先確定，只根據(jù)被辨識系統(tǒng)的輸

4、入輸出測試數(shù)據(jù)就可以直接辨識出系統(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模糊模型在線辨識方法研究。由于實際過程的時變性、隨機干擾及對象模型參數(shù)的不確定性等因素的存在，有些情況下使得通過離線建模方法難以獲得實用有效的對象模型，為此本文進行了模型在線辨識方法研究。首先用數(shù)據(jù)濾波技術(shù)對采樣數(shù)據(jù)進行了預(yù)處理，剔除噪聲和異常數(shù)據(jù)；然后依據(jù)本文提出的新型勢函數(shù)對模型的結(jié)構(gòu)進行在線辨識，并利用梯度下降法對獲得的模糊規(guī)則及參數(shù)進行優(yōu)化；定義

5、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)化問題。模糊規(guī)則后件參數(shù)采用擴展卡爾曼濾波遞歸算法辨識，保證了模型的辨識精度和計算效率。3．針對模糊PID控制缺乏系統(tǒng)化設(shè)計方法，控制參數(shù)整定困難等問題，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：首先針對常規(guī)模糊PID控制器存在的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能無法兼顧等問題，提出一種參數(shù)自整定模糊PID控制器，其結(jié)構(gòu)簡單、算法簡便，具有良好的動態(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)的魯棒整定方法；采

6、用基于工程整定思想的模糊規(guī)則對控制參數(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：首先針對一般模糊PID控制器控制精度差、對設(shè)定值變化敏感等問題，提出一種新型結(jié)構(gòu)的模糊PID控制器，它由兩個模-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文糊PD控制器和一個常規(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)計的難點問題，采用常規(guī)優(yōu)化算法，當(dāng)存在模型失配時，控制器的綜合性能指標(biāo)往往無法得到保證，魯棒穩(wěn)定性較差。為此本文提出了一種基于多目標(biāo)、多模型的粒子群優(yōu)化算法，這種算法在進行控制器參數(shù)優(yōu)化時，可以充分考慮被控對象模型參數(shù)的不確定性，并可以根據(jù)實際需

7、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．針對我國母管制鍋爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)實際運行中普遍存在的控制對象特性復(fù)雜(非線性、強耦合、大滯后、工況變化頻繁)，常規(guī)控制策略難于實現(xiàn)長期、有效的控制等問題，將模糊控制、控制參數(shù)魯棒優(yōu)化算法與傳統(tǒng)PID控制技術(shù)有機結(jié)合起來，提出了鍋爐母管蒸汽壓力控制新策略。控制系統(tǒng)的外環(huán)采用常規(guī)的PID控制器來保證母管壓力的穩(wěn)定；內(nèi)環(huán)采用模糊PID控制器