文档介绍：北京交通大学工学硕士学位论文
摘要
供热网温度控制系统是通过调节供热管网中的蒸汽流量,以改变建筑物室
内温度的计算机控制系统。供热网热交换过程具有非线性、时变和时滞等特性。
常规模糊控制器虽然对具有此类特性的被控对象有一定的适应性,但是也存在
许多不足。例如,由人工经验获得的模糊控制规则不够完善,凭人工经验调节
的量化因子和比例因子很难得到一组最佳的参数值。所以控制器适应范围有
限,控制精度不高。本文以供热网温度控制系统为研究背景,并针对常规模糊
控制器的不足,作了以下工作
首先,分析传统模糊控制器结构特点。基于有符号变量的概念,提出了一
种改进的二维模糊控制器。仿真结果表明,与常规的二维模糊控制器相比,本
文提出的模糊控制器能够改善系统的动态性能。
第二,常规模糊控制器的控制规则根据人工经验获得,存在规则不够完善,
控制性能不佳的问题。本文基于遗传算法提出了一种优化设计模糊控制规则的
方法。仿真结果表明,与根据人工经验获得模糊控制规则相比,基于遗传算法
设计出的模糊控制规则,能够获得更好的控制性能。
第三,依据人工经验来调节量化因子和比例因子有很大的盲目性,很难得
到一组最佳的参数值。本文基于增强学习原理提出了一种在线调整模糊控制器
量化因子和比例因子的自适应模糊控制算法。仿真结果表明,与依据人工经验
获得的量化因子和比例因子相比,本文提出的算法具有更好的自适应性能。
最后,将本文提出的自适应模糊算法应用于供热网温度控制系统中。仿真
和现场实验结果表明,与传统的模糊控制算法相比,本文提出的自适应模糊控
制算法具有更好的自适应性,能够获得更高的控制精度。
关键词自适应模糊控制,供热网温度控制系统,遗传算法,增强学习原理
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勿全义公布
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北京交通大学工学硕士学位论文
第章绪论
,,选题的背景和意义
随着社会的进步,人类所面临的控制问题越来越多,需要加以控制的过程
和对象也日趋复杂,而且被控过程或对象所处的环境也变得复杂和多变。许多
被控系统具有时变、时滞和非线性特性,即系统的参数随时间和环境的变化而
变化。
在工业生产过程中,时滞特性是十分普遍的现象。时滞往往是在能量的传
输过程中形成的。由于时滞的存在使扰动不能被及时察觉,控制作用要滞后很
长时间才能反映到对象输出量上,调节效果不能被适时反映,因而大大降低了
控制系统的稳定性,容易导致较大的超调量和较长的调节时间,严重影响被控
系统的控制品质。时滞成为控制领域中的一个难点川。特别是在系统时滞时间
未知且时变的情况下,系统的控制性能将会变得非常的糟糕。
广泛应用于人民日常生活中的供热温度控制系统就是此类时变、时滞和非
线性系统随着人们对生活质量要求的提高,人们对室内温度变化的指标
提出了近乎苛刻的要求,为了满足要求,采用了许多控制方法来尽可能的改善
供热温度控制系统的性能。
目前,经典的〔比例一微分一积分控制在温度调节系统中应用得比
较广泛。它是基于热交换过程中的热量平衡原理,根据设定的温度值对被控
对象进行相应的控制动作。一般说来,对体积较大的热交换装置与对体积较小
的热交换装置,采用控制算法调节热交换装置出水温度到同样的设定值
时,控制器的参数是不一样的。而且温度调节范围不一样时,设定的控制器参
数也会不一样。例如,对处于较高温度的液体与对处于较低温度的液体分别进
行调节到同样的设定温度时,所需要的控制量也会不一样。只有这样系统才能
避免产生振荡和较大的超调量。否则的话,被控对象参数微小的变化也可能使
系统的控制性能急剧变坏。而且调节的参数是一件非常耗时的工作,
常常会因为缺乏对被调节系统的足够了解,导致整定出的参数不适当。
一般来说,实际系统中存在的时滞是由以下原因产生的
实际系统中设备的物理性质。
物质与信号的传递。
实际系统变量的测量。
第章绪论
采用传统的控制理论设计控制器时,是在假定建立出的被控过程的数学模
型能够提供该被控对象完整和精确的特征。但是在许多实际控制系统中,由于
非线性、时变以及其它一些不确定的外部因素的影响,很难建立被控过程精确
的数学模型。
自从“年美国加利福尼亚大学的教授创建模糊集理论和
年英国的成功地将模糊控制应用于锅炉和蒸汽机控制以来,模糊
控制得以广泛发展并在现实中得以成功应用。模糊控制是基于模糊推理,模仿
人的思维方式,对难以建立精确数学模型的对象实施的一种控制,不要求知道
被控对象精确的数学模型,只要求把现场操作人员的经验和数据总结成较完善
的语言控制规则,