基于生物适应对策的模糊控制研究

【摘要】：对于复杂系统而言,因为它具有复杂的动力学环境和巨大的能量,任何潜伏的故障或外界干扰都可能会导致不可估计的损失.因此,人们对系统的设计提出较高要求,希望系统在发生故障和外界干扰时,其稳定性、稳定程度等仍然具有满意的指标.当系统受到外界扰动时,生态系统利用自身的抗干扰性和自适应性形成高效的防御系统,消减干扰,吸收外界扰动,保持系统功能的完整性,使系统能在较长时间保持其稳定状态.本文针对—类非线性系统,利用生态系统生物个体对环境变化的适应对策,即,生物具有适应环境并能开发和利用环境,使个体始终朝着有利于自身发展的方向进化,并最终使系统处于平衡状态的特点,提出了基于生物适应对策的模糊控制方法. 本文的主要贡献在于：将生物的自适应性以及对环境变化作出相应对策的特性嵌入到常规模糊系统与模糊控制的设计中,使其保留常规模糊系统所具有的性质,同时还增加了系统的生物特性.该系统具有可移植性以及便于利用已有模糊系统进行设计的优点. 1.建立了基于生物适应对策的Type-1和Type-2模糊系统.生物个体的适应对策是通过物种生态位表现出来的,本文利用生态位、实际生态位和最适生态位的贴近度表示生物对环境的适应对策,应用模糊系统的“宽带”效应和模糊集的集合套理论,给出了新的基于生物适应对策的模糊系统. 2.给出了新的基于生物适应对策的模糊控制方法.系统研究了具有生物特性的间接、直接和混合自适应模糊控制方法,给出了控制器和系统参数自适应律设计方法. 3.提出了基于生物适应对策的Type-2自适应模糊控制.利用Type-2模糊集合的“宽带”效应和生物在进化过程中具有逐渐适应环境的能力的特性,将实际生态位和最适生态位的贴近度函数作为模糊规则的后件,建立具有生物自适应特性的Type-2模糊控制器,通过自适应律的设计,保证系统的稳定性. 4.提出了基于生物适应对策的backstepping模糊控制方法.将生物自身抗外界干扰的适应对策引入控制监督机制,提出一种新的基于生态位的backstepping自适应模糊控制方法.控制器的设计方法使得系统输出跟踪到参考信号,且所有信号一致有界,保证了闭环系统的稳定性. 5.提出了基于生物适应对策的滑模控制问题.将生物的自适应特性引入滑模控制中,根据生物对环境的适应对策,对切换增益进行有效的估计和重新设计,并利用切换增益消除干扰项,从而消除抖振使系统达到理想状态.