基于混沌优化和模糊机制的水轮机控制分析

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1、学位论文独创件声明学位论文独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文是我个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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含本人已申请学位或他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。学位论文作者签指导教师签名：二b卫日期：2-oo留绎z-5闶z7司1绪论1．1引言l绪论混沌概念不同于古典哲学和日常语言中的理解，简单地说，混沌是一种确定系统中出

2、现的无规则的运动。混沌理论所研究的是非线性动力学混沌，目的是要揭示貌似随机的现象背后可能隐藏的规律。而在许多非线性系统中，当系统的参数随着外界环境的变化而变化到一定程度时，系统就会进入到混沌状态。通常情况下，这对系统是非常不利的，也是人们不希望看到的结果。因此想办法去寻找一种控制方法使得系统能够从这种混沌状态再回到原来的稳定状态(一般指常值稳态)下是非常有意义的，这正是混沌控制想要达到的目的，同时也是本文作者进行这方面研究的初衷。混沌在给我们带来不利一面的同时也给我们带来了有利的另一面。混沌有许多很好的特性，譬如，混沌的短期可预测性可帮助人们来进行预测控制，混沌对初始条件的敏感性可使其

3、在高精度的模式识别中有很大的用武之地。1．2混沌的理论框架1．2．1混沌理论的历史背景混沌理论之所以首先在数学和物理学中产生，这是因为量子物理学不满于牛顿主义的机械决定论对物理现象的解释。量子物理学的非决定论提供了理解混沌的途径，它反对宇宙是一个巨大的，事先决定的机器的猜想，而认为所有的物理现象都像疑团一样是不可决定的，故是不可预测的。这种非决定论的不可预测性与无序性、复杂性、不平衡性、多样性、非线性及不稳定性一起所表示的正是“混沌”。显然，混沌理论的某些推动力正来自于研究非线性动力现象的量子力学。但混沌并不意味着无序。为正确理解混沌，必须注意两个概念：第一，“混沌系统中隐藏着有序”(

4、Hayles,1991)，即“混沌是‘有序’的前兆和伙伴而不是敌手”。这样，混沌在有机体的进化和成熟中起着重大的作用；第二，混沌是包含于无序中的有序模式，它随机出现，但却包含着有序的隐蔽结构和模式，即“来自混沌的有序”或“混沌中的有序”。由此可见，混沌隐含着这样一个悖论，即这是一个局部的随机与整体模式中的稳定。混沌理论研究的关键就是要发现隐藏在不可预测的无序现象里的内部有序结构，使学者们有可能进一步探索用现有范式不能描述、解释或预测的现象。西安工业大学硕士学位论文1．2．2混沌理论的关键概念混沌理论有以下三个关键的概念：(1)对初始条件的敏感依赖性这一特征也常被称作“蝴蝶效应(Butt

5、erflyEffecO”。这是一个比喻，即一只蝴蝶在北京振翅时搅动了空气，意能使纽约产生暴风雨。它表明，混沌系统对其初始条件异常敏感，以至于最初状态的轻微变化能导致不成比例的巨大后果。依据混沌理论，一个小误差或差异是系统向着理想状态转化的基本因素。此特征直接与不确定性及不可预测性相关。因为初始条件是不稳定的，不为人知的，故我们不能预测这一不成比例的过程将产生什么效果。同样，对初始条件的敏感依赖性也包含着非线性特征，即系统某一部分中的微小混乱所产生的后果，能导致系统其它部分的巨大变化。故没有任何两种结果是相似的。(2)分形(Fractals)分形是著名数学家曼德尔布诺特(Mandelbr

6、ot，1980)创立的分形几何理论的重要概念，意为系统在不同标度下具有自相似性质。而自相似性则是跨尺度的对称性，它意味着递归，即在一个模式内部还有一个模式。由于系统特征具有跨标度的重复性，所以可产生出具有结构和规则的隐蔽的有序模式。由此，分形具有二个普通特征：第一，它们至始至终都是不规则的；第二，在不同的尺度上，不规则程度却是一个常量。(3)奇异吸引子(Strangeattractors)吸引子是系统被吸引并最终固定于某一状态的性态。有三种不同的吸引子控制和限制物体的运动程度：点吸引子、极限环吸引子和奇异吸引子(即混沌吸引子或洛仑兹吸引子)。点吸引子与极限环吸引子都起着限制的作用以便系

7、统的性态呈现出静态的、平衡性特征，故它们也叫做收敛性吸引子。而奇异吸引子则与前二者不同，它使系统偏离收敛性吸引子的区域而导向不同的性态。它通过诱发系统的活力，使其变为非预设模式，从而创造了不可预测性。依此看来，宇宙也受到各种变量的束缚，这些变量对宇宙的活动加以限制，但并不总是允许人们作出简单的预测。总之，正是一个系统的两个相反行为(收敛性吸引子与奇异吸引子)之间的相互作用与张力触发了一个局部丰富多样的复杂的巨大模式。1．3混沌的发展以及混沌在优