神經網路聯合逆控制理論及其套用研究

《神經網路聯合逆控制理論及其套用研究》是依託河海大學，由王萬成擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：神經網路聯合逆控制理論及其套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王萬成
• 依託單位：河海大學

項目摘要

逆系統方法是一種重要的非線性系統反饋線性化控制方法，其實現依賴於原非線性系統的狀態反饋。然而由於測量設備的限制，使得系統的某些狀態難以採用感測器直接進行測量，因此需要採用估計技術來對狀態進行估計，進而實現逆系統的構建。為此在前期研究工作的基礎上，本項目提出聯合逆控制器設計理論及方法。首先研究聯合逆控制器的存在條件、可逆性證明及構建方法；同時嚴格證明聯合逆控制器設計滿足分離性原理；然後研究神經網路聯合逆控制器設計方法；最後完成電力系統典型設備（勵磁控制、勵磁汽門綜合控制等）在故障下的穩定控制動模試驗。本項目研究將提供一種理論嚴格、套用方便的神經網路聯合逆控制理論，具有較廣闊的套用前景。

結題摘要

首先，本課題重點研究了建立左逆軟測量模型的改進算法，充分降低了構造左逆軟測量模型和聯合逆控制器所需的導數的階數，建立了系統的聯合逆控制理論以及聯合逆控制器設計方法。另外，還採用神經網路來逼近理論上存在的逆軟測量模型得到了神經網路逆軟儀表，從而解決了解析逆軟儀表難以實現的工程套用瓶頸。最後將神經網路逆軟儀表套用於生物浸出過程，實現了其不直接可測狀態的線上軟測量。仿真結果表明神經網路逆軟儀表的軟測量值與真實值非常接近，從而驗證了該方法的有效性。 其次，本課題深入研究了基於逆系統方法的非線性非最小相位系統的鎮定問題。逆系統方法在對非線性系統進行線性化的過程中，通過微分同胚變換將原非線性系統變換為兩部分：線性子系統描述的外部動態和非線性子系統描述的內部動態（即零動態）。對於非最小相位系統（即零動態不穩定的系統），通常按傳統方法所設計的控制器僅能保證系統的外部動態滿足某種性能要求卻難以保證內部零動態的穩定。為此，在反饋線性化理論的基礎上，本課題基於極點配置和李雅普諾夫穩定理論給出了一種具有非最小相位特性的非線性系統的控制器設計方法，依據該方法所設計的控制器在確保系統外部動態滿足性能要求的同時也能保證零動態的穩定。進一步，基於二次型最優控制理論給出了一種非線性非最小相位系統的最佳化調節控制方法。 最後，將上述控制器設計方法套用於具有非最小相位特性的連續攪動水箱式反應堆生產環戊烯這一實際化工過程中，仿真結果表明了該方法的有效性，取得了較好的控制效果。同時，也將該方法套用於水輪發電機組中（典型的非線性非最小相位系統），取得了很好的控制效果，仿真結果顯示該控制器的控制性能優於傳統的PID控制器。同時，還研究了基於噪聲分析的電機故障診斷方法，以及風力發電機液壓變槳距分數階比例積分控制方法。