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确定PI速度控制器的参数的T-S模糊模型优化

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:考虑由如下线性T-S模糊模型描述上述非线性动态系统:式中,Mij[ξj]为ξj对于Mij的隶属度,并且。,r为模糊规则的数量;Ri为该模糊系统第i条规则。最终使得闭环T-S模糊系统稳定的状态反馈控制器增益可通过式计算得出:Kj=YjX-1(j=1,2,…

确定PI速度控制器的参数的T-S模糊模型优化

考虑由如下线性T-S模糊模型描述上述非线性动态系统:

式中,Mij[ξjt)]为ξjt)对于Mij的隶属度,并且978-7-111-55712-8-Chapter06-38.jpg

采用平行分布补偿控制策略,则模糊状态反馈控制律为

式中,Ai、Bi分别为适当维数的矩阵;x(t)∈Rn,为状态矢量;u(t)∈Rm,为输入矢量;i=1,2,…,r为模糊规则的数量;Ri为该模糊系统第i条规则。

采用单点模糊化、乘积推理规则及中心加权清晰化,式(6-33)可以写为

式中,978-7-111-55712-8-Chapter06-36.jpg

式中,Mij[ξjt)]为ξjt)对于Mij的隶属度,并且978-7-111-55712-8-Chapter06-38.jpg

采用平行分布补偿控制策略,则模糊状态反馈控制律为

鉴于:

鉴于:

将模糊状态反馈控制律,即式(6-36)的后件带入基于T-S模糊模型的非线性被控对象,即式(6-34)中,则闭环控制系统可以重建为

将模糊状态反馈控制律,即式(6-36)的后件带入基于T-S模糊模型的非线性被控对象,即式(6-34)中,则闭环控制系统可以重建为

此T-S模糊模型的闭环稳定性可由Lyapunov稳定性理论得出,具体分析如下:

首先选择一个二次型非负能量函数作为Lyapunov函数,即

Vt)=xTt)Px(t) (6-39)

注意到对于任意合适维数的列矢量x(t)、y(t)和一个对称方阵Q=QT,有如下事实:

xTt)Qy(t)=yTt)Qx(t) (6-40)

则沿着闭环系统方程求Vt)的时间导数,可得

此T-S模糊模型的闭环稳定性可由Lyapunov稳定性理论得出,具体分析如下:

首先选择一个二次型非负能量函数作为Lyapunov函数,即

Vt)=xTt)Px(t) (6-39)

注意到对于任意合适维数的列矢量x(t)、y(t)和一个对称方阵Q=QT,有如下事实:

xTt)Qy(t)=yTt)Qx(t) (6-40)

则沿着闭环系统方程求Vt)的时间导数,可得

容易看出使得闭环模糊系统稳定的条件,也就是978-7-111-55712-8-Chapter06-43.jpg的条件是存在下面的负定矩阵:(www.xing528.com)

[P(Ai+BiKj)+(Ai+BiKj)TP]<0 (6-42)

即使得:

PAi+ATiP+PBiKj+KjTBiP<0 (6-43)

由于式中Kj和P均为待求变量,因此这是个非线性矩阵不等式。

下面将其转化为可以利用Matlab鲁棒控制LMI(linear matrix inequalities)工具箱求解的线性矩阵不等式。

令X=P-1,并与上面的非线性矩阵不等式进行左乘和右乘,故得

AiX+XATi+BiKjX+XKjTBTi<0 (6-44)

再令Yj=KjX,式(6-44)可进一步转化为

AiX+XATi+BiYj+YjTBTi<0 (6-45)

式(6-45)的待求变量X和Yjj=1,2,…,r可通过LMI工具箱求得可行解。

最终使得闭环T-S模糊系统稳定的状态反馈控制器增益可通过式(6-46)计算得出:

Kj=YjX-1j=1,2,…,r) (6-46)

容易看出使得闭环模糊系统稳定的条件,也就是978-7-111-55712-8-Chapter06-43.jpg的条件是存在下面的负定矩阵:

[P(Ai+BiKj)+(Ai+BiKj)TP]<0 (6-42)

即使得:

PAi+ATiP+PBiKj+KjTBiP<0 (6-43)

由于式中Kj和P均为待求变量,因此这是个非线性矩阵不等式。

下面将其转化为可以利用Matlab鲁棒控制LMI(linear matrix inequalities)工具箱求解的线性矩阵不等式。

令X=P-1,并与上面的非线性矩阵不等式进行左乘和右乘,故得

AiX+XATi+BiKjX+XKjTBTi<0 (6-44)

再令Yj=KjX,式(6-44)可进一步转化为

AiX+XATi+BiYj+YjTBTi<0 (6-45)

式(6-45)的待求变量X和Yjj=1,2,…,r可通过LMI工具箱求得可行解。

最终使得闭环T-S模糊系统稳定的状态反馈控制器增益可通过式(6-46)计算得出:

Kj=YjX-1j=1,2,…,r) (6-46)

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