可拓控制的算法改进及其仿真研究

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1、摘要摘要随着控制理论的深入研究和发展，控制理论在科学研究和实际工程的应用中起到了越来越重要的作用。这些传统的控制理论和方法大多是围绕控制系统诸如快速性、稳定性和可靠性等控制品质的提高而进行的设计和研究。然而，这些控制理论存在着无法用数学模型来精确描述的控制对象或过程，以及只考虑量值与量值之间关系难以解决的矛盾问题。为了解决控制领域中存在的这些矛盾问题，我国学者首先提出了可拓控制的思想和方法。可拓控制理论是在以中国原创学科“可拓学"的基元理论、可拓集和可拓逻辑等相关理论基础上建立和发展起来的，它以状态关联度为核心、从信息转化的角度来研究控制问题。可拓控制方法是将可拓集合论的研究事物的转化

2、关系的理论与方法应用在控制问题的研究上，以控制输入信息的合格度(关联度)作为确定控制输出校正量的依据，通过将不合格范围内的控制变量转化到合格范围内，从而使控制效果从不满意转化到满意。可拓控制理论一经提出，理论方法得到了众多学者的关注和研究，并取得了一系列的研究成果。本文研究的主要目的是使可拓控制器在保证有较好的控制效果前提下，能够利用简单的知识进行自学习能力，从而设计更具普遍意义和简便性的改进的可拓控制算法。本课题的研究是在前人已有的研究基础上、针对可拓控制算法参数调整复杂和人为因素介入较多的问题从而结合影响系统误差的特征状态关联度和状态距展开研究的。第一章介绍了进行课题研究的背景及意

3、义；第二章的前半部分首先介绍了可拓控制理论中所应用到的可拓学的基本理论知识、可拓控制的基本概念、结构和原理，其次，介绍了可拓控制器的设计及算法的实现；在后半部分，通过对影响系统误差相关因素的分析，提出了一种具有更好控制效果和简单结构的改进的可拓控制算法，并通过对不同控制对象的MATLAB．Simulink控制仿真，分析和比较其控制效果的改进；在第三章，首先对倒立摆系统进行分析和建模，得到其状态空间方程，通过性能分析和控制理论研究，基于多变量、复杂系统，本人提出了选取偏差e和偏差微分吾的加权值作为可拓控制的特征量并结合状态广东T业大学硕十学位论文距以及能够描述系统整体特性的状态空间描述方

4、法，设计了基于最优控制LQR的改进的可拓控制算法，接下来通过对直线二级倒立摆系统和吊车．双摆系统的控制仿真，证明该算法能够很好的控制该类倒立摆系统；在第四章，首次将基于LQR的改进的可拓控制算法应用到直线二级倒立摆系统的实时控制中，分析和研究可拓控制对原始复杂系统的实际控制能力。通过上述研究分析，说明改进的可拓控制算法在缩短调节时间和减小超调量等方面有明显的改进，从而说明应用可拓控制方法实现对系统的控制，能够获得较好的控制效果。关键词：可拓控制；算法改进；仿真研究；关联度；可拓集合IIAbstractAlongwiththedeeperresearchanddevelopmentofc

5、ontroltheory,itplayedmoreandmoreimportantrolesintheapplicationofscientificresearchandactualproject．Thesetraditioncontroltheoriesandmethodsaremostlybeingcarriedonthepurposeofdesigningandresearchinghowtoenhancethequalityofcontrol,suchastherapidity,thestabilityandthereliability．However，therearecert

6、aincontrolobjectsandprocessesinthesecontroltheorieswhichareunabletobedescribedpreciselywiththemathematicalmodels．Atthesametime，therearesomecontradictoryproblemswhicharedifficulttosolvewithonlyconsideringtherelationshipbetweenthesevariables．Inordertosolvethesecontradictoryproblemsexistinginthecon

7、troldomain,thescholarsofourcountryfirstproposedthethoughtandthemethodofExtensionContr01．TheExtensionControltheorywasestablishedanddevelopedonthebasisoftheChineseoriginalsubject～“ExtensionTheory”，whichcontainsthecorrelationth