双旋翼系统的PID参数整定与神经网络辨识

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1、摘要双旋翼多输入多输出系统TRMSTwinRotorMIMOSystem是控制系实验中心从英国引进的一套控制实验教学设备它不但可以作为控制理论研究的实验平台也可作为一种通用的教学实验平台从控制的观点来看它是一个具有非线性多变量和强交叉耦合的复杂系统能在控制过程中有效地反映许多关键问题如非线性鲁棒性镇定及解耦等其控制方法和思路对处理一般的工业过程控制也具有实际的意义本文的主要工作包括对国内外研究TRMS的现状进行了总结并针对TRMS的非线性特性简要概括了一些非线性系统的控制方法介绍了TRMS的数学模型以及系统的1自由度和2自由度仿真模型分析了TRMS的PID控制系

2、统针对人工经验整定法和传统的ZieglerNichols等整定方法难以对复杂的非线性系统方便有效地整定的问题本文研究了将遗传算法和粒子群优化算法用于TRMS的PID参数整定中研究了神经网络辨识原理提出在MATLAB环境下应用BP神经网络和基于遗传算法的神经网络对TRMS进行系统辨识最后在MATLAB环境下借助SIMULINK仿真软件进行了对TRMS的基于遗传算法和粒子群优化算法的PID参数整定实验以及用BP神经网络和遗传算法神经网络对1自由度垂直TRMS的辨识实验仿真结果表明本文采用的整定方法能使PID控制系统具有较好的跟踪性能采用神经网络得到的辨识模型也能较好

3、地反映系统的输入/输出特性关键词双旋翼多输入多输出系统PID参数整定遗传算法粒子群优化算法神经网络系统辨识IAbstractTwinRotorMulti-inputMulti-outputSystem(abbr.TRMS)isalaboratoryset-upboughtfromEnglandfortheCenterLaboratoryofControlScienceandEngineeringDepartment.Itisdesignedbothfortheoryresearchandforteachingdemonstration.Fromthecontro

4、lpointofview,TRMSisanonlinear,multivariablesystemwithsignificantcross-couplings.Itcanefficientlyreflectmanyimportantcharacteristicsinthecourseofcontrol,suchasnon-linearity,robustness,stabilityanddecoupling,etc.ThecontrolstrategiesweusedinTRMScanalsobepracticallyusefulfordesigningcont

5、rolsystemsforgeneralindustryprocesses.Themaintasksofthethesisincludeseveralaspectsasfollows.Firstly,someresearchworkofTRMSissummarizedinthisthesis.ThensomemethodsofnonlinearsystemcontrolareintroducedsinceTRMSitselfisanonlinearsystem.Secondly,themathematicmodelandtheSIMULINKmodelsofTR

6、MSarepresented,whichincludetwo1-dofmodelsaswellasa2-dofmodel.Thirdly,afteranalyzingthePIDcontrollersoftheTRMSmodels,thestrategiesoftuningtheTRMSPIDparameterswithGeneticAlgorithmsandParticleSwarmOptimizationAlgorithmsaresuggestedinthethesis,sincetheexperience-basedtuningmethodandZiegl

7、erNicholsoptimizationmethodcan'tdealwellwiththecomplexnonlinearsystem,suchasTRMS.Fourthly,themethodofsystemidentificationwithneuralnetworkisinvestigatedbeforeusingBpnetworkorneuralnetworkbasedongeneticalgorithmstoidentifythe1-dofverticalmodelofTRMS.Lastly,theexperimentsofPIDparameter

8、stuningandne