非线性系统内模控制策略

摘要

高度复杂的化学工业过程几乎都带有明显的非线性，虽然近些年非线性理论有了较大发展，但在模型的分析和综合设计时往往算法非常复杂，不易工业实现，因此，研究一种算法简单、易于工业实现的非线性系统的控制方法，具有重要的理论研究意义以及应用研究价值。 本文针对工作点变化范围大的非线性过程提出了基于多模型的内模控制方法。多模型的运用使得非线性系统有了透明的简化的模型和控制器，该方法与其他的非线性全局方法相比，计算的复杂程度大大降低。针对工作点变化范围较大的被控对象，用多个局部模型来描述不同工况下对象的特性，同时针对多个局部数学模型设计出相应的局部内模控制器，再通过设计多模型对象的隶属度函数来决定不同工况下每个局部数学模型所隶属的比例，最后将局部数学模型加权得到全局数学模型;同时，设计多模型内模控制器，通过多个局部控制器加权得到总控制器，从而达到全局稳定的控制要求。通过对仿真实例中工业现场负荷的变化进行模拟，并对仿真结果进行分析，验证了方法的有效性。 同时，本文针对一类面向模块模型描述的非线性过程，采用Wiener模型来描述，这样可以把一个非线性系统表示为一个线性模型和一个非线性模型串联的形式。本文针对Wiener模型，提出运用支持向量机获得Wiener模型中非线性部分的α阶逆模型，将其与Wiener模型串联组成基本线性化的伪线性模型，进而通过内模控制方法对伪线性模型进行控制。通过对两个实例（直流电机的控制和pH中和反应过程控制）的仿真结果进行分析，验证了对于采用Wiener模型来描述动态过程并运用支持向量机求取α阶逆模型构成的内模控制方法能较好完成非线性控制，且控制性能好，并在模型参数变化时具有较好的鲁棒性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 本文主要研究内容和创新点

第二章 非线性系统内模控制研究综述

2．1 内模控制研究现状

2．1．1 内模控制的实际应用

2．1．2 内模控制结构的改进

2．1．3 内模控制器设计

2．1．4 内模控制滤波器的设计和改进

2．2 非线性系统控制研究现状

2．2．1 非线性系统内模控制发展综述

2．2．2 多模型控制研究现状

2．2．3 Wiener模型控制研究现状

第三章 内模控制原理

3．1 引言

3．2 内模控制的基本结构及原理

3．2．1 内模控制的基本结构

3．2．2 内模控制的性质

3．2．3 内模控制器设计方法

3．2．4 内模控制性能指标分析

第四章 多模型内模控制

4．1 引言

4．2 多模型基本概念

4．3 多模型内模控制方法研究

4．3．1 多模型内模控制步骤

4．3．2 隶属度函数

4．3．3 多模型内模控制设计方法

4．3．4 次最优降阶算法

4．4 仿真研究

4．5 小结

第五章 基于支持向量机和Wiener模型的内模控制方法研究

5．1 引言

5．2 Wiener模型的定义

5．3 支持向量机和逆系统方法

5．3．1 逆系统

5．3．2 伪线性系统

5．3．3 支持向量机

5．4 基于支持向量机和Wiener模型的内模控制方法

5．5 仿真研究

5．5．1 直流电机模型

5．5．2 pH中和反应

5．6 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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