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本文根据正交函数变换和逼近的思想,引入可显式表示的Haar小波作为正交函数基函数,对线性分布参数系统和几类非线性分布参数系统实现变换和逼近,成为用线性集总参数表示的系统和模型;由于所采用小波函数的正交性,控制性能和计算速度将得到改善:将预测控制的概念引入线性和非线性分布参数系统的控制中,同时将分布参数系统中边界约束的概念引申为边界控制的思想,提出基于小波变换的分布参数系统离散时间预测控制算法,使线性和非线性分布参数系统的在线预测控制成为可行的解决方案;根据预测控制的特点,给出了克服分布参数系统可能存在的不确定性影响的控制方法;就预测控制、参数波动和系统结构变化等不确定性引起的系统鲁棒性问题和克服系统输出之短时和长期扰动的情况进行仿真研究,验证了所提出的预测控制算法的可行性和有效性。
本文的主要工作有以下几个方面:
1.综述了分布参数系统及控制、预测控制、小波分析和变换理论的发展和应用,提出了本课题研究工作的背景,综述了正交小波的有关运算矩阵及其产生方法和Haar小波下的各相应矩阵。
2.针对分布参数系统的复杂性和存在的多种不确定性,提出了基于正交小波变换的分布参数系统离散时间预测控制算法,根据预测控制的特点,给出了克服系统不确定性影响的调节控制方法。为分布参数系统的控制探索了一种有效的新方法。
3.以Haar 小波作为正交函数系,对边界控制的一阶线性分布参数系统和零阶边界控制的二阶线性分布参数系统以及一阶边界控制的二阶线性分布参数系统进行小波变换,给出了各自的状态空间形式的用集总参数表示的逼近方程。
4.应用基于正交小波变换的分布参数系统离散时间预测控制算法,对边界控制的一阶定常、一阶模型参数变化的线性分布参数系统、零阶边界控制的二阶定常、二阶模型参数变化的线性分布参数系统和一阶边界控制的二阶定常、二阶模型参数变化线性分布参数系统,就预测控制、参数波动变化和系统结构变化等不确定性引起的系统鲁棒性问题和系统输出存在短时和长期扰动的情况对上述系统进行预测控制仿真研究,验证了算法的可行性和有效性。
5.对一类状态平方点式控制和边界控制的非线性分布参数系统、一类半线性点式控制的二阶分布参数系统和一类状态偏导平方点式控制的非线性分布参数系统,给出了非线性问题的处理方法,实现了小波变换和逼近,将非线性问题转换为线性方程。应用基于正交小波变换的分布参数系统离散时间预测控制算法,就预测控制、参数波动变化等不确定性引起的系统鲁棒性问题和系统输出存在短时和长期扰动的情况对上述系统进行仿真研究,验证了算法的可行性和有效性。