具有时空耦合特征的模糊逻辑控制系统及其应用-机械电子工程专业毕业论文.docxVIP

原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说 明。 作者签名： 日期：造旦年』月=日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 、 Z 作者签名： 签 ( 乡闭，．， 垫坐吐月当 ( III 摘要绝大多数工业生产过程为时空耦合系统，或分布参数系统，其明 摘要 绝大多数工业生产过程为时空耦合系统，或分布参数系统，其明 显的特征是系统的状态、控制、输出及参数等不仅随时间变化，而且 还随空间变化。针对时空耦合系统，传统的基于被控对象精确数学模 型的控制方法，需要复杂的控制理论，但实际系统往往存在参数不确 定性、复杂非线性等情况，精确的数学模型难以获得，即使获得也很 难实施有效控制。而智能模糊控制最大的优点是不依赖被控对象的精 确数学模型并能达到令人满意的鲁棒控制效果。由于传统的模糊控制 没有将空间信息考虑在内，所以它在本质上不具有处理时空耦合系统 的能力。基于此，本文提出了具有时空耦合特征的模糊逻辑控制系统， 它最主要的特色是在不增加传统模糊控制复杂度的情况下，只需增加 数个传感器用于获得物理场的时空信息就可以实现时空处理机能，从 而降低控制器的设计成本和工业生产的运行成本。最后的仿真和实验 结果证明了本文提出的方法是有效的。 主要创新点包括以下几个方面： 1)建立了时空模糊逻辑系统 针对时空耦合系统的特点，结合type-2模糊系统，提出了时空模 糊集、时空模糊关系及其运算法则，建立了较完善的时空模糊逻辑系 统理论。将type一2模糊集的第二隶属度表征空间信息，定义了时空模 糊集：时空模糊集可以由时间(第一)隶属函数和空间(第二)隶属 函数来描述。跟三维模糊集相类似，时空模糊集具有三个坐标分别用 于时间变量的论域、隶属度及表征空间信息。与三维模糊集最大的差 别是时空模糊集定义了空间隶属函数来描述空间的信息。由于时空模 糊集有明确的空间物理意义，时空模糊集的定义及其运算法则与 type一2模糊系统有所差异，在Type-2中的降维运算在时空模糊逻辑系 统中变成了空间降维运算。 2)设计了时空模糊逻辑控制器，并推导出其解析模型 针对时空耦合系统，首先归纳了时空模糊控制器存在的相关设计 问题，并设计了一个时空模糊逻辑控制器。随后，给出了详细的时空 模糊控制器解析模型的推导过程。再根据推导出的解析模型，基于 Lyapunov稳定性理论，提出了时空模糊控制器的稳定性参数设计方 法。最后，将时空模糊控制器应用在化工过程的反应棒上，仿真结果 IV 表明时空模糊逻辑控制器的控制性能优于传统的模糊逻辑控制器。 表明时空模糊逻辑控制器的控制性能优于传统的模糊逻辑控制器。 3)揭示了模糊PID控制器的饱和特性，提出了模糊PID控制器的 整定方法 在实际应用模糊控制过程中，模糊规则的数量总是有限的，基于 此，揭示了模糊PID控制器内在的饱和特性。然后根据内模控制原理， 提出了一种模糊PID控制器的参数整定方法。仿真和实验结果验证了 该饱和特性及其整定方法的有效性。 4)提出了时空模糊PID控制器的整定方法 首先基于传统模糊PID控制器的结构，设计了时空模糊PID控制 器的结构，再根据传统的一阶加纯滞后模型，提出了融合空间特征的 一阶加纯滞后模型。然后，基于奈奎斯特图的原理，提出了基于空间 拓展的奈奎斯特图用于时空模糊PID控制器的整定方法，仿真和实验 结果验证了时空模糊PID控制器及其整定方法的有效性。 关键词：时空耦合系统，时空模糊逻辑系统，模糊PID控制，时空模 糊PID控制，整定 V AbstractA Abstract A variety of industrial processes are inherently spatio-temporal systems or distributed parameter systems(DPS)where their states， controls，outputs and process parameters may vary temporally and spatially，such as many thermal，fluid flow and chem