一种双模糊解耦控制器的设计与仿真_王敏.pdf

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1、第13卷第10期2013年4月科学技术与工程Vol.13No.10Apr．20131671—1815(2013)10-2695-05ScienceTechnologyandEngineering2013Sci.Tech.Engrg.计算机技术一种双模糊解耦控制器的设计与仿真11，22王敏张科崇阳12(西北工业大学明德学院，西安710124;西北工业大学航天学院，西安710072)摘要在实际的工业生产过程中存在着大量输入、输出强耦合的非线性控制系统。解决耦合问题的经典方法有前馈解耦法和状态反馈解耦

2、法，但均需对被控对象进行精确建模。提出了一种不依赖于被控对象精确数学模型的模糊解耦控制算法。依据模糊控制策略和解耦补偿思想，设计了以模糊控制器分别作为解耦器和主控制器的双模糊解耦控制系统。仿真结果表明，该方法简单、易于实现且具有优良的解耦能力、较好地动态响应和有较强的鲁棒性能。关键词多变量系统模糊解耦模糊控制中图法分类号TP273.4;文献标志码A在MIMO控制系统中，输入和输出之间难免存1系统关联度分析在一定程度的关联，使用经典的单变量控制系统设计方法所达到的控制效果欠佳。所以，控制领域的Bri

3、sto于1966年提出:多变量耦合控制系统中，设计人员提出了解耦思想，其实质是设计适当的补输入、输出变量间的耦合程度可以用相对增益来表［3］偿器，将一个MIMO耦合控制系统解耦为多个独立示。某系统输入信号ui和输出信号yj间的相对的SISO系统，或将其耦合程度限制在一定范围增益定义为［1］内。其发展的代表为1964年Morgan提出的全解yj耦状态空间法和20世纪60年代Rosenbrock提出的uiΔu=0λij=(1)yj现代频率法，但是这两种方法都要求建立系统的精uiΔy=0确数学模

4、型，因此，在实际运用中受到了一定程度［2］式(1)中，Δu=0(Δy=0)表示除ui(yi)外，其他的限制。变量的值均为常数。模糊控制具有不建立被控对象精确数学模型，设双输入-双输出控制系统数学模型为:但可以实现对非线性、时变、大滞后系统控制的特［3］Y1K11G11K12G12U1点。因此，本文首先对多输入、多输出系统的关[]=[][](2)联度进行了耦合分析，然后采用模糊规则设计补偿Y2K21G21K22G22U2稳态时，相对增益阵为解耦控制器和主控制器，并应用Matlab软件对所设计控制系统

5、进行仿真，结果表明，该方法达到了较λ11λ12Λ=[](3)好的解耦效果，且具有更好的鲁棒性。λ21λ22式(3)中，－K12K21λ12=λ21=;K11K22－K12K212012年11月26日收到基础研究基金(G9KY1004)、－K11K22λ11=λ22=。陕西省自然科学基金(20105Q8015)资助K11K22－K12K21第一作者简介:王敏(1984—)，女，汉族，陕西省咸阳市人，硕士，相对增益阵Λ中，如果λij∈(0，1)，说明输入讲师。研究方向:智能控制、模式识别。ui和输出y

6、j间存在着耦合作用。当λij越趋近于1，2696科学技术与工程13卷说明变量间的耦合作用越小，λij越趋近于0，说明3模糊控制器设计耦合作用越大。由于相对增益阵Λ具有任意列(或行)之和为1在进行控制系统解耦时，摒弃了需要对系统进的特性，因此，当λij∈(1，+#)时，Λ中某列(或行精确建模的前馈解耦法和状态反馈解耦法，采用行)中一定有小于0的数值，说明正反馈存在于该模糊逻辑和模糊推理设计了补偿模糊控制器，实现系统，需要对输入输出变量重新配对。了被控对象输入、输出间的解耦控制。主模糊控制的设计采用类

7、似的模糊控制方法来实现的。2双模糊解耦控制算法模糊控制器的设计包括模糊化、模糊推理和模［5］解耦的本质在于:应用一定的算法设计补偿糊判决3部分。所设计的补偿模糊控制器和主器，其作用是抵消控制过程中各个通道之间的耦模糊控制器均选用双输入、单输出的二维模糊控制合，实现输入输出变量间的一对一控制。对于多变器，输入量均为给定量r1(r2)与输出量y1(y2)之差量耦合系统而言，目前使用广泛的解耦方法大都以构成的误差信号E及其变化Ec，输出控制量为系统的精确建模为前提，以数学知识为背景，通过u1(u2)。［

8、4］复杂推导得出解耦补偿器的数学模型。3.1补偿模糊控制器设计但该方法所用被控对象的数学模型往往是在模糊集E和Ec均取7个语言值{NB，NM，NS，一定的假设条件下成立的，所以具有不精确性，而ZO，PS，PM，PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正这种不精确性会在推导过程中传递给补偿器，从而小，正中，正大}，划分为13个等级，即{－6，－5，影响最终的控制效果。－4，－3，－2，－1，0，l，2，3，4，5，6}。隶属函数采用模糊控制算法的显著特点是不因被控对象精三角线型，如图