基于ANFIS的非线性控制系统鲁棒性

2009年5月第16卷第3期控制工程

ControlEngineeringofChinaMay2009Vol.16,No.3

文章编号:167127848(2009)0320318203

基于ANFIS的非线性控制系统鲁棒性

郝智红,李华德,梁建坤

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(1.北京科技大学信息工程学院,北京　100083;2.沈阳药科大学计算中心,辽宁沈阳　110016

)

摘　　　要:针对典型非线性对象2三容水箱液位系统的非线性、强耦合性提出一种新的解耦

控制方法,利用模糊减法聚类技术建立初始模糊推理系统(FIS)结构,在此基础上利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)对模糊模型进行训练,得出ANFIS解耦控制器结构。针对系统的参数不确定性和扰动引起的不稳定性提出了NCD优化方法在线自整定PID参数的ANFIS解耦控制方法,研究结果表明该方法具有较好的抗干扰性能、鲁棒性较好,实用性较强。关　键　词:ANFIS;非线性解耦控制;NCD优化方法;在线自整定PID;鲁棒性中图分类号:TP273　　　　　文献标识码:A

RobustnessofNonlinearonANFIS

,I2de,LIANGJian2kun

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(1.ofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China;

ShenyangPharmaceuticalUniversity,Shenyang110016,China)

Abstract:Adecouplingolapproachisproposedforthenonlinearityandcouplingofthetypicalnonlinearsystem,i.e.three2

tanklevelsystem.Theinitialfuzzyillationsystem(FIS)structureisbuiltbythefuzzysubclusteringtechnology,andtheadaptiveneuralFIStechnologyisusedtotrainthefuzzymodelinthedecouplingcontrolsystem.Totheuncertaintiesofparametersandinstabilitycausedbydisturbance,acontrolmethodisproposedwherethePIDparametersaretunedbynonlinearcontroldesignoptimummethod.Theresultsofmatlabsimulationshowthattheproposedmethodhasexcellentdynamicperformance,robustnessandpracticability.Keywords:ANFIS;nonlineardecouplingcontrol;NCDoptimizationmethod;onlineself2tuningPID;robustness

1　引　言

在工程实际中,非线性控制系统广泛存在,如

工业锅炉、化学反应器控制等,而三容水箱液位系统是具有多变量、强耦合、非线性等特点的典型被控对象。因此,对其展开研究具有较强的实际意义

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和应用背景。同时对三容水箱的控制可以作为更为复杂的非线性系统研究的基础,因而一直是人

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们研究中的热点问题。

对三容水箱液位系统研究的难点主要体现在系统的非线性和强耦合性。采用传统输入变换和状态反馈解耦控制后,在无扰动的情况下,系统阶跃响应的动态、静态响应性能均良好。但在有扰动存在的情况下,如果采用常规的PID控制,由于不能在线自整定比例、积分、微分参数,系统的静态响应

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性能较差,无法达到要求。如当系统运行过程中发生漏水时,传统解耦控制会达到一个新的平衡点,如果不采取措施就无法恢复到原平衡点,即无法弥补扰动引起的损失。

本文以三容水箱液位系统为研究对象,针对耦合性和抗干扰性提出了ANFIS+PID控制方法。

2　三容水箱系统结构

三容水箱实验系统的结构,如图1所示

。

图1　三容系统结构图

Fig11Structureofthreetanksystem

图中,sn为漏水孔横截面积。

三容系统是一个强耦合的非线性控制系统。它由3个串联在一起的水箱构成,通过调节两侧输入管道的阀门开度来控制各个水箱的液位,进而解除水箱液位之间的耦合关系,实现一对一控制。

　　收稿日期:2008203219;　收修定稿日期:2008204212

基金项目:北京市教育委员会重点学科共建基金资助项目(xk100080537)

作者简介:郝智红(19802),女,内蒙古赤峰人,博士,主要研究方向为非线性控制理论等。