| 题名 | 基于T-S模糊模型的强流电子枪建模与控制算法研究 |
| 作者 | 吕彬 |
| 答辩日期 | 2015 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) |
| 导师 | 李德明 |
| 关键词 | 强流电子枪 T-s模糊模型 并行分布补偿 跟踪控制 H∞鲁棒控制 |
| 英文摘要 | 随着辐照加工技术的应用和发展,电子辐照加速器作为辐照加工的主要射线源日益为人们所重视,辐照加工产品也已深入到人们生活的很多领域。辐照行业的迅速发展,不断推动着辐照加速器的制造技术和整机性能的提高。本文针对电子辐照加速器的电子枪控制系统,在Takagi-Sugeno(T-S)模糊控制理论的基础上,进行了电子枪束流特性建模和束流稳定及跟踪控制的研究。电子枪控制系统的性能对整个加速器系统的束流品质起着重要的作用,因此电子枪控制技术的研究有助于提高加速器束流的稳定性并对整个加速器控制系统的性能和运行可靠性有着重要的影响。本文从建模和控制的角度出发,对T-S模糊控制理论在LaB_6强流电子枪束流控制过程中的应用进行了研究,主要内容有:(1)研究了基于T-S模糊模型的非线性系统的离线辨识算法:提出了一种基于量子微分进化和遗传算法的混合优化算法(Hybrid quantum differential evolution,HQDE),该方法采用量子比特编码来表达待优化参数的染色体串,并借鉴了微分进化和遗传算法中的操作算子实现对染色体状态的更新;并结合模糊C均值聚类算法和递推最小二乘算法,给出了模糊建模的具体实现方法;讨论了建模过程中的精确度和快速性问题。在上述研究的基础上,实现了LaB_6强流电子枪束流特性的T-S建模,经辨识得到的离散T-S模糊模型能够很好地描述非线性系统的动态特性。(2)研究了基于离散T-S状态空间方程的模糊系统稳定性分析和控制器设计方法:给出了通过并行分布补偿原理(Parallel Distributed Compensation,PDC),结合线性控制器设计方法设计T-S模糊控制器并利用Lyapunov稳定性定理来解决模糊系统全局稳定性的理论推导过程;在模糊控制系统参数求解过程中,引入了线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方法,将T-S模糊系统稳定性分析和控制器的设计问题转化成了一组线性矩阵不等式求解的数学问题。借助于成熟的数学工具,可以极大地简化现代控制理论算法过于复杂的问题,为T-S模糊控制理论在实际过程控制中的实现提供了解决方法。(3)研究了基于离散T-S模糊模型的跟踪控制器设计问题:针对实际应用中的跟踪问题,在给定离散T-S模糊模型的基础上,通过在控制系统中引入积分器的方式,使得稳定时的系统输出能够跟踪外界参考输入;再根据离散T-S模糊系统稳定性分析和控制器设计方法来求解此跟踪控制器参数。利用此方法设计了LaB_6强流电子枪的T-S模糊跟踪控制系统,该控制器能够实现束流的跟踪控制。(4)研究了基于离散T-S模糊模型的H∞鲁棒跟踪控制器设计问题:此方案考虑了含外部干扰和噪声的T-S模糊系统的跟踪控制问题,使得系统具有给定的H∞跟踪控制性能;针对状态变量不可直接测量的情况,给出了一种带有模糊观测器的H∞鲁棒跟踪控制器的设计方法。根据此方法得到了LaB_6强流电子枪的H∞鲁棒跟踪控制器,该控制器在存在干扰和噪声的情况下仍可以跟踪参考信号。(5)在仿真验证的基础上,我们搭建了T-S模糊控制系统模拟平台,通过实验平台对T-S模糊跟踪控制系统的性能进行了测试。整个控制系统是在计算机的MATLAB环境下实现的,实验结果表明该控制系统具有良好的跟踪性能。因此,基于T-S模糊模型的强流电子枪控制方案是可行的、有效的。 |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/28443]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2011-2017年 |
| 作者单位 | 中国科学院上海应用物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吕彬. 基于T-S模糊模型的强流电子枪建模与控制算法研究[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所). 2015. |
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