迟滞非线性系统的神经网络控制研究

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1、全日制硕士学位论文迟滞非线性系统的神经网络控制研究TheNeuralNetworkControlofHystereticNonlinearSystem申请人姓名：朱琳指导教师：张新良学位类别：工学硕士专业名称：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程河南理工大学电气工程与自动化学院二○一六年六月中图分类号：TP273密级：公开UDC：621.3单位代码：10460迟滞非线性系统的神经网络控制研究TheNeuralNetworkControlofHystereticNonlinearSystem申请人姓

2、名朱琳学位类别工学硕士专业名称控制科学与工程研究方向控制理论与控制工程导师张新良职称副教授提交日期2016年6月2日答辩日期2016年6月7日河南理工大学致谢值此毕业之际，向所有在学习和生活上帮助过我的老师、亲人和朋友们表示最真诚的感谢！感谢导师张新良副教授在这三年研究生期间对我的悉心指导，不管是从论文的选题到收集资料、编制论文提纲，还是准备开题答辩、中期答辩，亦或学术论文撰写与修改，处处都凝聚着张老师的心血。张老师深厚的理论功底、渊博的知识、敏锐的洞察力和严谨的治学态度都给我留下了深刻的印象，并激励着

3、我在以后的学习中不断前进。感谢一直在身后支持我的父母和哥哥，是他们把我带到了这个美丽善良的世界，伤心时给予关爱，孤独时给予温暖，迷茫时给予方向，并在我面对挫折时，给予我无限的勇气让我从挫折中站起来。感谢师弟李阳、冷正明，师妹郭晓迪、贾丽杰以及实验室其他的师兄弟一直以来对我的帮助与爱护。此外，感谢同寝室的耿亚珂、杨汭琴和郝晓晓同学三年来在生活上对我的包容与理解。最后，向论文援引文献的所有作者，向评阅本文并提出宝贵意见的专家学者们表示衷心的感谢与崇高的敬意!摘要迟滞具有多值映射、记忆性、和非光滑性特征。迟滞

4、非线性系统中固有的迟滞特性，会使系统产生振荡，降低系统的控制精度，甚至会导致系统不稳定。所以，研究迟滞非线性系统的建模与控制问题具有理论意义。压电陶瓷、记忆合金等智能材料构成的微执行器具有控制精度高、稳定性好等优点而被广泛应用于微电子制造、航空航天等重要领域。但是这些智能材料本身存在的迟滞特性，系统的性能会受到迟滞非线性的影响。所以研究迟滞非线性系统的控制同时具有工程意义。神经网络能够高度逼近非线性映射并且适应性非常强，所以在非线性系统中，已经广泛运用神经网络来建模及控制。为了达到消除迟滞非线性的目的，

5、构造迟滞逆模型是最普遍的方案，把迟滞逆模型和迟滞非线性串联在一起，以降低迟滞非线性对系统的不良作用。在迟滞控制方案中，因为迟滞的复杂性导致很多现有的先进控制算法不能对它理想地控制。内模控制（即IMC）是一类新型控制方案，它在设计控制器时，必须首先得到过程的数学模型。由于设计起来较为简易，控制性能比较好，同时在系统分析方面存在很大优势，所以自提出之日起，内模控制便受到控制界的广泛关注。论文的主要工作有：1.针对迟滞非线性，构造神经网络Hammerstein模型结构，通过把静态迟滞子模型与线性动态子模型串联

6、来表述迟滞的非线性特性，并给出了此模型结构的权值优化算法。这类模型具有很好的灵活性。2.为了补偿迟滞非线性，构建了迟滞的神经网络逆模型。首先构造一个特殊的迟滞逆算子，此逆算子可反映出迟滞逆输出的变化规律，通过扩展迟滞逆输入空间的方法把迟滞逆输出对输入的多值对应关系变为单值对应关系，然后用神经网络逼近，从而得到迟滞的逆模型。这种方法使迟滞逆模型的在线更新不再困难，逆模型也更容易实现。3.在对迟滞系统的控制方案中，引入基于逆模型的前馈-反馈PID控制与神经网络的内模控制方案。本文采用的迟滞非线性的神经网络内

7、模控制方案构建2个神经网络，一个作为被控对象模型，另一个作为IMC控制器。最后进行仿真实验。通过与前馈-反馈PID控制方案的实验结果相比能看出，迟滞的内模控制策略有较理想的控制效果。关键词：迟滞；逆模型；神经网络；内模控制IAbstractThehysteresisisanonlinearphenomenonwithmulti-valuedmappingmemoryandundifferentialcharacteristics．Thelackingofcompensationforthehystere

8、siseffectwouldcausecontrolproblemssuchasstaticerrors,vibrationandevenleadtoinstabilityofthepositioningsystemwheretheclosed-loopcontrolisimplemented.Sostudingonmodelingandcontrolofthehysteresisismeaningfulintheory.Thesmartm