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专利号: 2017112141216
申请人: 辽宁石油化工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-11-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种非线性间歇过程的2D最优模糊控制器设计方法,其特征在于该方法的具体步骤是:步骤1:建立非线性间歇过程等价2D-Rosser误差增广模型步骤1.1:根据间歇过程的非线性和二维特性,建立2D T-S模糊状态空间模型,由式(1)表示:其中,x(t,k),y(t,k),u(t,k),w(t,k)分别表示系统的状态,系统的输出,系统的控制输入以及未知扰动;t,k分别表示在批次内的运行时刻与批次;Tp表示一个批次运行的总时间;p为前提变量数目;r为模糊规则数目;Ai,Bi,Ci为相应模糊规则i下的系统状态矩阵、系统输入矩阵、系统输出矩阵;x(0,k)为第k个批次的初始状态;Mij为模糊集,Mij(xj(t,k))为xj(t,k)属于Mij的隶属度; 由可得

步骤1.2:建立2D模糊等价误差状态空间模型:设计2D迭代学习控制器u(t,k),如式(2)所示:由此可知,预设计u(t,k),只需设计k批次t时刻更新律r(t,k),以实现系统输出y(t,k)跟踪所给定的期望输出yd(t,k);

引入系统误差和输出误差,由式(3a)表示:令 则(1)式转化为等价误差模型为式(3b):其中

δ(w(t,k))=w(t+1,k)-w(t,k),I为适维的单位矩阵;

分适维向量的水平和垂直状态分量,Z(t,k)是系统的被控输出;

步骤2:设计最优2D模糊控制器

步骤2.1:利用PDC方法,基于误差模型的迭代学习更新律r(t,k):设计如下,规则i,如式(4)所示:其中Ki为待求解的控制器增益;

步骤2.2:设计满足更新律r(t,k)的2D最优模糊控制器,所述系统的整体2DT-S模糊迭代学习更新律,由式(5)所示:步骤2.3:将上述的2D模糊误差状态空间模型等价转换为闭环误差增广模型,形式由式(6)表示:令 其 中

且更新律r(t,k)的满足如下的性能指标函数,如式(7a)所示:其中,U1和U2是给定的正定对称矩阵;

不仅如此,对于外界干扰,还应满足H∞性能指标形式,如式(7b)所示:同时,对于系统(6),假设它具有有限的初始条件集合,且存在两个正整数t,k,使得其中r1<∞和r2<∞是正整数;初始边界条件是任意的,但属于集合其中Γ是一个给定矩阵;

步骤2.4:采用线性矩阵不等式的形式对更新律的增益Ki进行求解:根据给定的稳定判据条件,在考虑有干扰的条件下,采用线性矩阵不等式的形式对更新律的增益Ki,Kj进行求解,所述给定的稳定判据条件如式(10a)、(10b)所示:其中,更新律增益为Ki=NiΩ-1,Kj=NjΩ-1, Ω=P-1,X=G-1;

最优控制性能指标满足式(11):

需要注意性能指标函数是有上界的、而且上界的大小取决于系统给定的初始条件,由于J≤r1β+r2β,为了求得最优控制性能指标上界J*,于是满足(12)式:其中,

所以要求得最优控制性能指标,需要求得最小的J,满足(8)式和(9)式即:J=最小化(r1β+r2β)              (13)根据线性矩阵不等式约束以及利用线性目标函数的凸优化问题,便可求解该问题,此时,便可得到具有最优模糊控制器。