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球杆系统国内外研究现状和水平
随着科学技术的日益发展,控制的对象也变得越来越复杂,对控制的精度要求和控制性能的要求也日益提高,那些传统的控制方法已经无法满足现在的控制要求,因此需要提出更为先进,有效,合理的控制方法。但是在实际
系统
的
研究
中,存在着许许多多各种各样的难以克服的困难,因此,在实验室对控制器进行基础性的研究和试验显得尤为重要。然而球杆系统就是这样一个理想的实验模型。球杆系统是一种典型的多输入多输出的耦合系统;通过对球杆系统控制方法的研究,可以对自动控制原理中很多的控制理论以及控制方式进行验证,就探索复杂的系统的控制方式,解决控制过程当中出现的系统的稳定性问题、鲁棒性等问题而言,球杆系统都有着重要的意义。38740
球杆系统的控制方法中,比较常见的传统控制方法有最优鲁棒控制器,PID控制器,最优瞬态控制器等等。
中国人民解放军装甲兵技术学曾提出过使用自适性神经
网络
控制器来对球杆系统进行控制。与传统的PID控制的方法相比,自适性神经网络控制器具有收敛迅速、稳定性高、受权值初值影响小等特点。
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中国科学院也曾发表过球杆系统的联网非线性控制法,结合网络预测控制方案,联网的非线性模型预测控制方法被引入,它可以补偿网络诱导时延和分组丢失,并用在所述球杆系统的联网的控制中。模拟结果证实了它的性能。当遇上一个随机网络诱导时延的上界比一个取样周期大时,系统还是能很稳定[1]。在实际的网络中进行的模拟说明了该方法的可用性。
印度理工学院也提出过使用模型参考自适应控制系统配合使用MIT规则的球杆系统的实时控制方法,本方法采用麻省理工梯度理论规则: 对需要的自适应控制器的一个或多个参数进行调整,以使装置能跟踪参考模型。球杆系统的线性化模型的控制器在MATLAB中进行设计,所设计的控制器则应用于球杆系统的实时控制。在Simulink和MATLAB上的仿真显示了所设计的自适应控制器性能良好[2]。
发展趋势
模糊控制理论在控制领域当中位于一种非常有前途的分支中,在工程上也取得了相当之多的成功应用。1974年,E.H.Mamdani首次把模糊控制理论应用在了锅炉和蒸汽机的控制当中,当时便取得了相当满意的控制结果;随后,J.J.Oster二世有把模糊控制应用在了热交换器和水泥窖的生产之中,其结果也令人满意;之后M.Sugeno又将模糊控制用于汽车的控制之中,并且取得了很好的效果。
80年代末,在日本兴起了一次模糊控制技术的高潮,模糊控制被广泛的应用于各个领域。模糊控制在许多实际控制系统中也得到了广泛应用,例如工业控制过程中的铸铁退火炉温度控制系统、蒸汽发生装置控制系统、炼油厂催化炉控制系统、合金钢冶炼控制系统等。另外,模糊控制也被应用于污水处理、航天飞行器的控制、热交换过程控制、病人血压调整、机器人控制、核反应堆控制、电梯群控制、肌肉麻醉控制、吊车自动控制异步电动机控制等系统中[3]。日常家用电器产品中,模糊控制的应用也相当的普遍,如用控制水温时也使用模糊控制系统。
模糊控制虽然已经取得不少的研究成果, 而且也被广泛地应用于生产实践中, 但模糊控制的发展历史还不长, 理论上的系统性和完善性、技术上的成熟性和规范性都还是远远不够的, 尤其是模糊控制与其他智能化控制方法相结合的控制方法, 还有待于人们在实践中得到验证和进一步的提高。
除此外, 模糊控制在理论和应用方面还应在以下方向加强研究:
(1) 易于控制并且能消除静态控制偏差的模糊PID 控制器, 且尽量减少可调参数, 最好控制在三个以内;
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