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《上海大学》 2010年
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网络控制系统的学习和控制策略研究

杜大军  
【摘要】: 网络控制系统具有布线少、易于安装维护和灵活性强等诸多优点,已经在磁悬浮球系统、双轴压力位置系统、机器人等领域出现一系列应用。然而实际工业过程往往为非线性多变量系统,参数往往时变,这类复杂对象本身在空间上分布广泛,常采用多个本地控制器的分布式控制模式,但由于本地控制器自身计算资源有限,无力运行复杂的控制算法以满足高性能的控制要求,因此控制需求对单层网络控制系统提出了严峻的挑战。此外,在复杂的控制算法中,学习算法由于具有可发现潜在规律以及适应环境等特点,能有效提高系统控制性能而得到广泛应用。于是,考虑学习算法趋于复杂,而采用本地设备受成本和可靠性要求的影响其计算资源和算法复杂度有限等现实,提出了两层网络学习控制系统。本文主要研究两层网络学习控制系统的学习和控制策略设计,主要工作概括如下: 首先,提出了两层网络学习控制系统(networked learning control system, NLCS)架构,分析了其与传统网络控制系统相比所具有的不同特点。针对学习算法的需求,提出了一种新的基于快速回归算法的快速RBF神经网络构造方法,不但可以选择隐节点中心而且可以计算输出层权重,并分析了计算复杂度,与常见的基于正交最小二乘算法构造RBF神经网络相比速度更快。在此基础上,提出了基于RBF神经网络的自学习模糊控制策略,利用RBF神经网络实时调整本地模糊控制器的参数,并将其应用到两层网络学习控制系统中,得到基于快速RBF神经网络的两层NLCS自学习模糊控制策略方案。 其次,提出了一种新的基于带有调整因子前向回归算法的RBF神经网络构造方法,通过给每一个候选项绑定一个调整因子,采用贝叶斯证据框架推理来优化调整因子,随着调整因子优化的进行,一些在网络中起非常微弱作用的隐节点将从RBF网络中移出,从而精简了RBF神经网络的结构,解决了RBF神经网络对含有噪声的测量数据出现过度拟合的问题。接着,定义一系列中间变量并采用递归方法简化了算法的计算负担,给出了算法的计算复杂度。在此基础上,提出了改进的基于RBF神经网络的自学习模糊控制策略,得到了基于带有调整因子RBF神经网络的两层NLCS自学习模糊控制策略方案。 第三,提出了一种新的基于带有调整因子前向回归算法的RBF神经网络自动构造方法,采用能够测量模型泛化能力的LOO交叉验证准则来自动终止RBF神经网络的中心选择过程,进一步运用调整因子精简径向基神经网络的结构,并通过定义一系列中间变量以及采用递归方法简化了算法的计算复杂度。在此基础上,提出了进一步改进的基于RBF神经网络的自学习模糊控制策略,得到了基于带有调整因子自构造RBF神经网络的两层NLCS自学习模糊控制策略方案。 第四,在不改变本地控制器的前提下,为了提高系统的控制性能,研究了基于强化学习控制策略的两层网络学习控制方案,学习单元采用强化学习策略,本地控制器采用PI控制策略,学习单元的输出动态调整PI控制器输出,组成本地控制器和学习单元相结合的控制策略。进一步探索了适合该策略的强化学习方法,对基于Q学习算法和Actor-Critic神经网络学习算法的两层网络学习控制方案分别进行仿真研究,仿真结果验证了所提方案的有效性。 第五,分析了多输入多输出网络控制系统具有的多通道网络特性,采用对角矩阵描述广义传感器和广义执行器的状态。然后分别采用丢失数据置零策略和零阶保持器策略补偿数据丢包,建立了带有任意切换序列的切换系统模型,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件,并将其拓展到参数不确定线性系统对象,得到了具有参数不确定性的闭环系统渐近稳定的充分条件。 最后,在上述理论研究并在仿真结果验证了所提方案的有效性基础上,结合上海自动化仪表股份有限公司生产的具有两层网络架构的SUPMAX分散控制系统,分析了其网络架构和网络不确定性因素处理策略,通过扩展一个学习单元构建了两层网络学习控制系统实验平台。进一步以SUPMAX系统中广泛应用的PID控制回路为例进行两层网络学习控制实验,即在SUPMAX实现基本PID控制功能的基础上,利用SUPMAX的SMCP协议和名字服务器的地址解析功能,通过Ethernet网络从分散处理单元(DPU)获得实时数据,在学习单元采用面积法和继电整定法,对SUPMAX系统DPU中的PID控制器进行参数整定,开发了SUPMAX的先进PID自整定功能库。仿真实验表明该先进控制软件能够有效地进行PID参数整定,具有良好的应用前景。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP273

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 樊卫华;谢蓉华;陈庆伟;胡维礼;;长时延网络控制系统的建模与分析[J];兵工学报;2006年02期
2 黄四牛,陈宗基,魏晨;网络控制中传输延迟的接口延迟模型[J];北京航空航天大学学报;2004年05期
3 刘永;张立毅;;BP和RBF神经网络的实现及其性能比较[J];电子测量技术;2007年04期
4 葛芦生,刘升;基于计算机视觉实时测量系统中的若干问题探讨[J];电子测量与仪器学报;2005年02期
5 樊卫华,蔡骅,陈庆伟,胡维礼;基于异步动态系统的网络控制系统建模[J];东南大学学报(自然科学版);2003年02期
6 郭晨,贾欣乐;基于神经网络与模糊逻辑的智能控制算法[J];大连海事大学学报;1997年01期
7 常玲芳;李惠光;;随机最优非线性网络控制系统设计[J];电机与控制学报;2006年04期
8 苏小红;侯秋香;马培军;王亚东;;RBF神经网络的混合学习算法[J];哈尔滨工业大学学报;2006年09期
9 张汝波,顾国昌,刘照德,王醒策;强化学习理论、算法及应用[J];控制理论与应用;2000年05期
10 张奇智;张卫东;;网络控制系统中的时戳预测函数控制[J];控制理论与应用;2006年01期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 易军;针对不确定非线性对象的网络学习控制系统研究[D];上海大学;2007年
2 周晓兵;基于TCP/IP网络的延时建模及网络先进PID控制器研究[D];上海大学;2006年
3 朱其新;网络控制系统的建模、分析与控制[D];南京航空航天大学;2003年
4 李力雄;基于网络整定的控制系统中网络诱导延时的分析及解决方法研究[D];上海大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张润梅,龚剑,章曙光;机器人足球队的结构设计研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2003年01期
2 郑虹;杨鸿雁;;Rough知识发现在焊接领域中的应用[J];鞍山师范学院学报;2006年04期
3 胡毅亭,陈网桦,彭金华,刘荣海;关于建立火炸药安全数据库的探讨[J];火炸药学报;1999年03期
4 王艳;陈庆伟;樊卫华;胡维礼;;网络控制系统控制与调度协同设计的研究进展[J];兵工学报;2007年01期
5 刘华强;唐荻;杨荃;郭立伟;;模糊小脑模型神经网络在多辊冷连轧机轧制力预报模型中的应用[J];北京科技大学学报;2006年10期
6 孙昌国,余达太,胡健中,马振平,李宇;旋压机床的自学习运动控制[J];北京科技大学学报;1998年05期
7 胡东红,李德华,关景火,张福旺,杨红岩;中医的四诊特征空间与辨证特征空间[J];北京生物医学工程;2003年04期
8 原菊梅,阮会芹,原保平;网络控制系统控制方法研究[J];北京工商大学学报(自然科学版);2005年05期
9 冯少荣;从数据库生成PROLOG知识库[J];包头钢铁学院学报;1997年01期
10 刘志鹏,陈斌龙,张小建,孙德强;产品包装设计方案智能决策系统的设计与实现[J];包装工程;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 鲍林江;贾世发;;电网经济运行实时分析监测系统的研究[A];2003中国电机工程学会电力系统自动化专委会供用电管理自动化分专业委员会成立暨第一届学术交流会议论文集[C];2003年
2 张影;;基于Oracle的空间碎片减缓设计专家数据库系统[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
3 郭艳兵;齐占庆;王振臣;;径向基函数(RBF)神经网络及其应用研究[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
4 朴松昊;洪炳熔;褚海涛;;基于BDI的多Agent协作模型研究[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
5 刘长有;孙光余;;一种应用Elman型回归网络的Q-学习[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
6 邹亮;徐建闽;;基于Q-learning的电子地图动态最短路径求解方法[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(下)[C];2005年
7 张雪峰;张庆灵;任俊超;;基于TrueTime工具箱的倒立摆网络控制系统仿真[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年
8 李鑫;井元伟;;基于强化学习方法的ATM拥塞控制器的设计[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年
9 谢志华;郑应平;;基于再励学习的排队系统优化控制[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
10 陈波;王常虹;;网络控制系统中控制与调度的协同设计策略[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王睿;实现复方剂量配比优化的ED-NM-MO三联法[D];北京中医药大学;2004年
2 黄剑;网络控制系统的建模、稳定与控制研究[D];华中科技大学;2005年
3 刘皓玮;行车指挥系统的Petri网建模与列车运行调整的遗传优化的研究[D];铁道部科学研究院;2000年
4 李桃;烧结过程智能实时操作指导系统的研究[D];中南大学;2000年
5 梁伟平;球磨机制粉系统智能控制算法的研究及应用[D];华北电力大学;2000年
6 董建华;面向大规模定制生产模式的产品设计技术研究[D];大连理工大学;2000年
7 李春梅;基于Internet/Intranet和Multi-Agent的企业经营战略群体决策支持系统研究[D];昆明理工大学;2001年
8 王雅琳;智能集成建模理论及其在有色冶炼过程优化控制中的应用研究[D];中南大学;2001年
9 孙晋文;基于Agent的智能交通控制策略与可视化动态仿真研究[D];中国农业大学;2001年
10 孙立成;船舶避碰决策数学模型的研究[D];大连海事大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏航;复杂过程网络控制及嵌入式实时控制系统的研究与开发[D];中南大学;2005年
2 庄亚俊;网络化模糊控制系统的设计与实现[D];中南大学;2005年
3 余主正;基于以太网的预测控制系统研究[D];浙江工业大学;2005年
4 温莹莹;基于智能优化算法的面向业务承接的运输优化问题研究[D];东华大学;2005年
5 齐海龙;基于因特网的远程控制中关键问题的研究[D];南京航空航天大学;2005年
6 徐广宁;基于广义预测控制算法(GPC)的网络控制系统研究[D];浙江大学;2005年
7 崔月盟;基于强化学习和视觉导航的移动机器人控制[D];河北工业大学;2005年
8 董法军;基于超媒体的智能教学系统的研究与开发[D];华北工学院;2000年
9 张勇;粗集理论及其在心电图自动分析中的应用研究[D];电子科技大学;2000年
10 何俊杰;船舶航向智能模糊控制系统及其仿真[D];大连理工大学;2000年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李运华,王占林,陈介力,林清一;电液主动控制挤压油膜阻尼器的理论分析[J];北京航空航天大学学报;1999年04期
2 苗雷,冯济缨;基于现场总线的OPC接口技术的研究[J];贵州工业大学学报(自然科学版);2004年06期
3 陈照波,焦映厚,夏松波,陈明,徐湛;转子-椭圆轴承系统混沌运动的研究[J];哈尔滨工业大学学报;2001年02期
4 崔颖;刘占生;黄文虎;韩万金;;高维转子-轴承系统非线性动力稳定性分析[J];哈尔滨工业大学学报;2005年11期
5 张志谊,崔春满,杨文凯,赵永辉,刘树春;波纹环阻尼减振效果的理论分析[J];哈尔滨工业大学学报;1997年01期
6 汪建晓,孟光;磁流变液阻尼器在转子振动控制中的应用[J];化学物理学报;2001年05期
7 汪建晓,孟光;磁流变液阻尼器用于转子振动控制的实验研究[J];华中科技大学学报;2001年07期
8 张亚红,华军,许庆余,张小龙;精细积分法在迷宫密封转子系统非线性动力学特性计算中的应用[J];计算力学学报;2005年05期
9 郑龙席,贺尔铭,朱述川,秦卫阳;单盘含裂纹转子系统的非线性响应分析与实验研究[J];机械强度;2003年01期
10 李文忠,王黎钦;高速转子系统振动控制技术评述[J];机械强度;2005年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 黄海;网络控制系统实验平台建设与算法设计[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王宁;基于MATLAB的滑动轴承压力分布的数值计算[D];大连理工大学;2006年
2 陈浩锋;船舶运动模拟平台电液伺服控制系统研究[D];国防科学技术大学;2005年
3 史春朝;BP神经网络算法的改进及其在PID控制中的应用研究[D];天津大学;2006年
4 李逊;基于模糊神经网络的PID控制器研究与设计[D];中国石油大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱明星,张德龙;RBF网络基函数中心选取算法的研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年01期
2 王晓峰,吴平东,黄杰,陈之龙,马树元,任长清;基于因特网的液压系统远程控制的基础研究[J];兵工学报;2004年05期
3 黄杰,陈之龙,吴平东,王晓峰,马树元;远程控制系统中采样信息处理方法的研究[J];北京理工大学学报;2003年06期
4 吴平东;林理平;黄杰;钱增强;;一种基于因特网的共享实验系统结构[J];北京理工大学学报;2006年03期
5 孙延风,梁艳春,孟庆福;改进的神经网络最近邻聚类学习算法及其应用[J];吉林大学学报(信息科学版);2002年01期
6 龙承念,代双凤,关新平;网络控制系统的补偿策略[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
7 邱占芝,张庆灵,杨春雨;基于广义系统的网络控制系统的分析与建模[J];东北大学学报(自然科学版);2005年05期
8 李相林,张海娜;一种混合系统的H_∞等价离散化[J];电机与控制学报;2001年02期
9 陈伟,马如雄 ,郝艳红;基于MATLAB的BP人工神经网络设计[J];电脑学习;2005年02期
10 孙玉华,石卫红,刘万丰,芦成山;具有纯滞后系统的预测控制算法[J];大庆石油学院学报;1997年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 樊卫华;网络控制系统的建模与控制[D];南京理工大学;2004年
2 李力雄;基于网络整定的控制系统中网络诱导延时的分析及解决方法研究[D];上海大学;2005年
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