基于云理论的控制系统性能评估方法的研究

摘要

在现代工业过程中，控制回路经过一段时间的运行后，往往会偏离设计时的性能指标，有时甚至会严重恶化。这其中的原因很多，包括:生成运行中工况的变化，过程的非线性，时变干扰以及系统中仪器与设备故障等不确定因素。这些不确定性的存在增加了评估过程中定性与定量综合集成的难度。若不及时的监测到其性能下降并采取有效措施修复控制器，将降低控制系统所产生的经济效益。近年来，控制系统性能评估技术的研究以成为控制界的研究热点。然而，此研究领域仍然存在着一些悬而未决的问题，从而限制了性能评估技术在工业过程中的广泛应用。目前关于控制系统性能评估的研究重点在于理论上对于控制器的寻优，本文则从控制系统中的不确定性出发，引入了李德毅院士提出的云理论来表达控制系统中的不确定性，充分利用了信息的模糊性和随机性，完成定性和定量之间的映射，使评估结果更为直观。本文研究工作包括:
　　(1)综述了控制器性能评估领域的研究现状，性能评估方法的发展趋势以及评估控制性能算法优劣的因素。
　　(2)详细介绍了当前应用最广泛的最小方差准则的性能评估方法。最小方差准则对控制系统的性能可以提供一个有实践意义的参考点，仅需要过程的常规操作数据和时间延迟特性。文中分别介绍了单变量、多变量的控制系统性能评估方法，并进行了仿真分析，结果表明该方法是一种有效的性能评估方法。
　　(3)综述云理论的历史、研究现状及发展趋势，介绍了云理论的基本概念生成方法和一些基本运算。
　　(4)将云理论应用在单变量控制系统中。将系统输出数据用一维云模型表达，并得出云图，直观展示了数据的特征。通过标准云与待测云的相似度比较可以直观判断系统运行的状况。通过仿真与最小方差评估方法做比较，证明云理论的评估方法也是有效的。又以电机控制系统为例进一步说明基于云理论的性能评估方法在实际控制系统中的应用方法，证明其有效性。
　　(5)将云理论应用在多回路控制系统中。引入“多维云”的概念，将每个控制回路用一维云模型表达，将一维云合成多维云，通过多维的待测云与标准云比较，得出相似度系数，从得出系统的性能进行评估结果。通过仿真证明该方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 控制系统性能评估研究的必要性

1．2 控制性能评估方法的发展及应用现状

1．2．1 基于最小方差控制的评估方法与指标

1．2．2 扩展及用户指定的性能指标

1．2．3 基于先进控制的性能评估方法

1．2．4 限定结构的控制器性能评估

1．3 控制系统性能评估的发展趋势

1．3．1 含经济指标的多层次优化控制的性能评估

1．3．2 非线性系统与时变系统的性能评估

1．3．3 性能评估方法的综合化与智能化

1．3．4 鲁棒性／敏感性分析与一些技术细节

1．4 评估控制性能算法优劣的因素

1．5 论文的结构与内容

第2章 控制系统性能评估基本方法

2．1 引言

2．2 时间延迟的定义

2．2．1 单变量过程的延迟形式

2．2．2 多变量过程的延迟形式

2．2．3 单位关联阵

2．3 单变量控制系统性能评估

2．3．1 最小方差控制的反馈控制不变项

2．3．2 单变量控制系统性能评估的算法

2．3．3 实例分析

2．4 多变量控制系统性能评估

2．4．1 多变量最小方差准则的非时变形式

2．4．2 多变量控制系统性能评估的算法

2．4．3 实例分析

2．5 控制系统性能评估基本方法的分析

2．6 本章小结

第3章 云理论

3．1 云模型的产生背景

3．2 云的基本概念

3．3 正态云模型

3．3．1 正态云模型的概念

3．3．2 云的3En规则

3．3．3 云发生器

3．4 云模型的分类

3．5 云的相关运算

3．5．1 虚云

3．5．2 云运算

3．5．3 云变换

3．5．4 基于云模型的泛概念树

3．5．5 不确定性推理

3．6 云理论发展的现状及应用述评

3．6．1 数据挖掘及知识发现

3．6．2 算法改进

3．6．3 系统评测

3．6．4 决策支持

3．6．5 智能控制

3．6．6 网络安全

3．7 云模型研究展望

3．8 本章小结

第4章 云理论在SISO系统性能评估中的应用

4．1 云理论的数据分析

4．1．1 正向云发生器

4．1．2 逆向云发生器

4．1．3 云的相似度

4．2 SISO控制系统性能评估的算法研究

4．3 单入单出系统仿真

4．3．1 标准云的生成

4．3．2 待测云的生成

4．3．3 待测云与标准云的比较

4．4 单闭环电机控制系统仿真

4．4．1 系统建模及标准云的生成

4．4．2 带扰动的系统及待测云的生成

4．4．3 待测云与标准云的比较

4．4．4 实验分析

4．5 本章小结

第5章 云理论在复杂控制系统l'生能评估中的应用

5．1 复杂控制系统性能评估的算法研究

5．2 二维云

5．2．1 二维云的定义

5．2．2 二维云发生器

5．3 多入多出系统仿真

5．4 双闭环电机控制系统仿真

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢