第 31 卷 第 7 期
Vol. 31 No. 7
控 制 与 决 策
Control and Decision
2016 年 7 月
Jul. 2016
基于变伸缩域模糊系统的直接自适应控制
文章编号: 1001-0920 (2016) 07-1321-04 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2015.0449
王 宁
1
, 孙竞超
1,2
, 董 诺
1
, 刘彦呈
1
(1. 大连海事大学 轮机工程学院,辽宁 大连 116026;2. 北车大连电力牵引研发中心有限公司,辽宁 大连 116045)
摘 要: 提出一种基于变伸缩域模糊逼近器的直接自适应控制策略. 通过在线更新广义模糊基函数的变伸缩因子,
实现模糊系统论域及其模糊划分的自适应调整, 从而能够以精简的模糊规则实现理想的逼近效果. 此外, 通过设计积
分型逼近误差补偿, 避免了鲁棒补偿中的高频控制输入. 仿真研究和比较分析验证了所提出的控制方法的有效性和
优越性.
关键词: 直接自适应模糊控制;变伸缩域;广义模糊基函数;逼近误差补偿
中图分类号: TP273 文献标志码: A
Direct adaptive control via fuzzy systems with variable contraction-
expansion factors
WANG Ning
1
, SUN Jing-chao
1,2
, DONG Nuo
1
, LIU Yan-cheng
1
(1. Marine Engineering College,Dalian Maritime University,Dalian 116026,China;2. Dalian Electric Traction
R&D Center,China CNR Corporation Limited,Dalian 116045,China.Correspondent:WANG Ning,E-mail:
n.wang.dmu.cn@gmail.com)
Abstract: A direct adaptive control scheme based on a fuzzy approximator with variable contraction-expansion
factors(VCEF-DAFC) is proposed. The adaptation of domain and partition pertaining to the VCEF-based fuzzy
system(VCEF-FS) is achieved by updating online the VCEF, and thereby leading to parsimonious fuzzy rules which can
achieve remarkable approximation accuracy. Moreover, an integral-type compensator for the approximation error is designed
to further avoid high-frequency control signals associated with the robust term. Simulation studies and comprehensive
comparisons demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed VCEF-DAFC approach.
Keywords: direct adaptive fuzzy control;variable contraction-expansion factor;general fuzzy basis function;
approximation error compensation
0 引引引 言言言
限制自适应模糊控制发展的主要原因之一是
控制精度与复杂度之间的矛盾. 为了解决这一矛盾,
Li
[1]
从论域伸缩角度提出了一种解决方法, 即通过动
态调整模糊系统论域来提高控制精度. 王宁等提出了
广义梯形隶属度函数
[2]
和广义椭球基模糊基函数
[3]
等
更加灵活有效的输入空间模糊划分方法, 并结合模糊
规则生长修剪算法提出了具有在线自组织功能的模
糊神经网络
[4]
, 最终能够以较少的模糊规则实现较高
的逼近精度. 然而, 上述结构学习算法往往比较复杂.
此外, 针对模糊神经系统产生的逼近误差, 人们
大多采用符号函数或饱和函数设计鲁棒补偿
[5-6]
, 从
而不可避免地产生控制输入抖振. 文献 [7] 和文献 [8]
分别提出了逼近误差在线估计和学习误差反馈方法,
在一定程度上解决了上述问题.
为了进一步解决上述控制精度和逼近器复杂度
之间的矛盾, 本文提出一种新颖的具有变伸缩域的广
义模糊基函数. 基于变伸缩因子模糊基函数的模糊系
统能够在线自适应系统伸缩论域和输入空间模糊划
分, 使其能够以固定的较少数量的模糊基函数实现对
非线性动态的自适应逼近, 从而实现鲁棒自适应跟踪
控制. 设计积分型补偿项, 以提高其鲁棒性和控制精
收稿日期: 2015-04-03;修回日期: 2015-07-23.
基金项目: 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目(51009017, 51379002, 51479018); 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 基 金 项 目
(3132013025, 3132014206);交通部应用基础研究基金项目(2012-329-225-060);辽宁省高校优秀人才支
持计划项目(LJQ2013055).
作者简介: 王宁(1983−), 男, 副教授, 博士生导师, 从事智能控制等研究;孙竞超(1987−), 女, 博士生, 从事控制理论的
研究.