Entwurf von Fuzzy-Reglern auf der Grundlage exakter Linearisierung und Entkopplung:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| adam_text | Titel: Entwurf von Fuzzy-Reglern auf der Grundlage exakter Linearisierung und Entkopplung
Autor: Frenck, Christian
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Christian Frenck, Lünen Entwurf von Fuzzy-Reglern auf der Grundlage exakter Linearisierung und Entkopplung Reihe 8 : Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 619
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung..........................................................................................................1 2 Entwurfsverfahren für Fuzzy-Regler..............................................................5 2.1 Expertenbefragung......................................................................................5 2.1.1 Konfigurierung der Regelkreisstruktur.............................................7 2.1.2 Festlegung der Struktur des Fuzzy-Reglers......................................7 2.1.3 Erstellung der Regelbasis................................................................8 2.1.4 Ersteinstellung der Zugehörigkeitsfunktionen..................................8 2.1.5 Optimierung des Fuzzy-Reglers......................................................9 2.1.6 Diskussion der Expertenbeffagung..................................................9 2.2 Beobachten von Prozeßbedienem.............................................................10 2.3 Direkte Optimierung des Fuzzy-Reglers....................................................11 2.4 Approximation klassischer Regler.............................................................12 2.5 Selbsteinstellende und adaptive Fuzzy-Regelungen...................................14 2.6 Modellbasierte Synthese von Fuzzy-Reglem.............................................15 2.7 Anmerkungen zu den Entwurfsverfahren...................................................16 3 Exakte Linearisierung und Entkopplung.......................................................17 3.1 Struktur der Regelstrecke..........................................................................17 3.2 Der relative Grad eines nichtlinearen dynamischen Systems......................18 3.3 Reglersynthese..........................................................................................19 3.4 Die exakte Linearisierung und Entkopplung als Grundlage zum
Fuzzy-Reglerentwurf.........................................................................21 4 Generierung von Fuzzy-Modellen..................................................................22 4.1 Fuzzy-Modelle..........................................................................................23 4.2 Identifikationsverfahren............................................................................26 4.2.1 Least Mean Squares-Verfahren.....................................................28 4.2.2 Das Fuzzy-ROSA-Verfahren.........................................................30
VI 4.3 Einordnung der Fuzzy-Modellierung.........................................................31 5 Fuzzy-Linearisierung und -Entkopplung.......................................................33 5.1 Fuzzy-Linearisierung und -Entkopplung mit einem Fuzzy-Modell der Regelstrecke.............................................................................................33 5.1.1 Modellidentifikation......................................................................34 5.1.2 Reglersynthese..............................................................................35 5.2 Fuzzy-Linearisierung und -Entkopplung mit einem mathematischen Modell der Regelstrecke...........................................................................37 5.3 Alternative Reglerrealisierung...................................................................38 5.4 Generierung der Fuzzy-Modelle................................................................40 5.5 Einstellung der Entwurfsparameter............................................................40 5.5.1 Problemunabhängige Parameter....................................................41 5.5.2 Bestimmung der relativen Grade der Untersysteme.......................42 5.5.3 Wahl der Rückfiihrgrößen.............................................................43 5.5.4 Linguistische Werte und Zugehörigkeitsfunktionen.......................47 5.5.5 Struktur der Regelbasis.................................................................48 5.5.6 Solldynamik..................................................................................48 5.6 Einflüsse von Modellierungsfehlem..........................................................50 5.6.1 Modellierungsgenauigkeit.............................................................51 5.6.2 Überlagerter Regelkreis................................................................51 5.6.3 Fuzzy-Regler mit
Integralanteil.....................................................52 5.7 Stabilität der Regelungen..........................................................................54 5.8 Anwendungsbereiche................................................................................55 6 Einordnung und Abgrenzung.........................................................................57 7 Anwendungsbeispiele......................................................................................59 7.1 Antennenarmsy stem..................................................................................60 7.1.1 Beschreibung der Regelstrecke.....................................................60 7.1.2 Problemstellung............................................................................60 7.1.3 Reglerentwurf...............................................................................61 7.1.4 Regelverhalten..............................................................................63 7.1.5 Diskussion der Regelgüte..............................................................68 7.1.6 Neuentwurf...................................................................................68
vn 7.1.7 Regelverhalten der neuentworfenen Regelung...............................70 7.1.8 Diskussion der neuentworfenen Regelung.....................................73 7.2 Rührkesselreaktor.....................................................................................74 7.2.1 Beschreibung der Regelstrecke.....................................................74 7.2.2 Problemstellung............................................................................75 7.2.3 Reglerentwurf...............................................................................75 7.2.4 Regelverhalten..............................................................................80 7.3 2-Tanksystem...........................................................................................83 7.3.1 Beschreibung der Regelstrecke.....................................................83 7.3.2 Problemstellung............................................................................83 7.3.3 Reglerentwurf...............................................................................84 7.3.4 Regelverhalten..............................................................................87 7.4 Gleichstrommotor.....................................................................................92 7.4.1 Beschreibung der Regelstrecke.....................................................92 7.4.2 Problemstellung............................................................................93 7.4.3 Reglerentwurf...............................................................................93 7.4.4 Regelverhalten..............................................................................96 8 Zusammenfassung und Ausblick..................................................................102 Anhang A: Lie-Ableitung.....................................................................................105 Anhang B:
Antennenarmsystem..........................................................................106 Anhang C: Rührkesselreaktor.............................................................................109 Anhang D: 2-Tanksystem.....................................................................................112 Anhang E: Gleichstrommotor..............................................................................114 Literaturverzeichnis.............................................................................................118
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