模糊建模与控制及其在电厂热工自动控制中的应用

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1、工学博士学位论文模糊建模与控制及其在电厂热工自动控制中的应用郝万君哈尔滨工业大学2006年12月国内图书分类号：TP273+.4国际图书分类号：681.536.6工学博士学位论文模糊建模与控制及其在电厂热工自动控制中的应用博士研究生：郝万君导师：强文义教授申请学位：工学博士学科、专业：控制科学与工程所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2006年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学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摘要摘要模糊系统建模、模糊控制器分析与设计及模糊控制理论的应用是模糊控制研究的热点问题，同时也是模糊控制理论未来的发展方向，本文仔细分析了模糊控制理论研究及其在电厂热工自动控制中应用的发展与现状，对热点、难点问题进行了深入细致的研究。主要做了以下几方面工作：1．T-S模糊模型离线辨识方法研究。针对常用的模糊聚类算法中普遍存在的对初始值和噪声敏感，部分聚类参数需预先确定，而已有的模糊竞争聚类算法收敛特性差，易于陷入局部最优等问题，提出了一种模糊自适应竞争聚类算法，该算法的优点在于不需要对系统模糊规则的主要参数进行预先确定，只根据被辨识系统的输

4、入输出测试数据就可以直接辨识出系统的模糊规则及模型参数。并且采用正交最小二乘算法，有效地减少了模糊聚类过程中产生的冗余或不重要的模糊规则，获取包含系统重要特征的模糊规则，由此获得的T-S模糊模型具有较高的建模精度和泛化能力；2．T-S模糊模型在线辨识方法研究。由于实际过程的时变性、随机干扰及对象模型参数的不确定性等因素的存在，有些情况下使得通过离线建模方法难以获得实用有效的对象模型，为此本文进行了模型在线辨识方法研究。首先用数据滤波技术对采样数据进行了预处理，剔除噪声和异常数据；然后依据本文提出的新型势函数对模型的结构进行在线辨识，并利用梯度下降法对获得的模糊规则及参数进行优化；定义

5、了模糊规则影响力的新准则，用于解决模糊规则的在线更新和优化问题。模糊规则后件参数采用扩展卡尔曼滤波递归算法辨识，保证了模型的辨识精度和计算效率。3．针对模糊PID控制缺乏系统化设计方法，控制参数整定困难等问题，提出两种新型结构FUZZY-PID控制器和两种新的控制参数整定方法。1）FUZZY-PID-Ⅰ：首先针对常规模糊PID控制器存在的稳态性能和动态性能无法兼顾等问题，提出一种参数自整定模糊PID控制器，其结构简单、算法简便，具有良好的动态特性、能够有效地消除静态偏差；然后利用模糊PID与常规PID结构上的对应关系以及常规PID参数的整定算法，提出了这种控制器参数的鲁棒整定方法；采

6、用基于工程整定思想的模糊规则对控制参数在线优化；最后给出了这种控制器的稳定性证明和性能分析。2）FUZZY-PID-Ⅱ：首先针对一般模糊PID控制器控制精度差、对设定值变化敏感等问题，提出一种新型结构的模糊PID控制器，它由两个模-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文糊PD控制器和一个常规积分控制器组成；模糊PID控制器参数如何整定一直是系统设计的难点问题，采用常规优化算法，当存在模型失配时，控制器的综合性能指标往往无法得到保证，鲁棒稳定性较差。为此本文提出了一种基于多目标、多模型的粒子群优化算法，这种算法在进行控制器参数优化时，可以充分考虑被控对象模型参数的不确定性，并可以根据实际需

7、要灵活调整参数优化的目标函数，因此即使在被控对象模型失配较大的情况下，控制系统仍然能够保持良好的控制性能和鲁棒稳定性。4．针对我国母管制锅炉蒸汽压力控制系统实际运行中普遍存在的控制对象特性复杂(非线性、强耦合、大滞后、工况变化频繁)，常规控制策略难于实现长期、有效的控制等问题，将模糊控制、控制参数鲁棒优化算法与传统PID控制技术有机结合起来，提出了锅炉母管蒸汽压力控制新策略。控制系统的外环采用常规的PID控制器来保证母管压力的稳定；内环采用模糊PID控制器