使用演化式識別於未知時延非線性系統的監督式適應控制---以溫控系統為例(I)

時間延遲現象普遍地存在控制系統中，可對系統的響應產生重大影響。本計畫旨在針對未知的非線性時延控制系統，提出兩階段演化式鑑別器及兩層式適應控制器設計的方法。本計畫採用的「監督式適應控制系統」內層為「適應性 PID 控制器」，主要負責改善未知時延系統的穩態響應。而外層的「基於模型的監督式控制器」則為一種切換型控制器，主要負責保証系統的狀態變數均勻拘束以及改善系統的暫態響應。每一層的控制器都可設定獨立的性能規格。這種架構不但可以降低系統穩定度設計的保守性，而且系統通過切換機制可以享有雙重的保護，避免任ㄧ控制器故障，引發系統失控的可能情況。設計好兩層式適應控制器的主要關鍵在於決定各個控制器投入系統的時機及整個設計流程。我們將探討兩層式控制系統的設計概念之優點，設計出更有彈性的適應控制器，並提出在考量系統穩定性、近似誤差 (模型誤差)、暫態響應及外部干擾下的 PID 追蹤控制器及監督式控制器設計策略。第一年的研究工作是兩階段的模糊系統識別：第一階段是多目標，且多維度的結構及參數識別問題。將針對受到外部干擾的非線性時延系統的動態行為，進行離線識別，以決定最適合的模型規則數及參數維度，並獲得初始模型。本研究將會提出較易分析的模糊時延模型的架構來對付這一類非線性時延系統，架構則為 Affine T-S 模糊時延模型。為了提高效率及性能，我們將會採用島嶼型遺傳演算法結合最斜陡降法，採用Pareto性能指標 (performance index) 探討多重狀態延遲系統的鑑別。接著，利用演化式最斜陡降法，進行在線識別，使模型參數隨時更新，以解決時延系統的參數變動問題。在此階段，將推導穩定學習率。我們認為：以上兩階段的識別器系統化的設計，是目前較為可靠的做法。第二年的研究工作是將系統鑑別的研究成果延伸到時延系統的控制問題上。首先，基於識別後的模糊模型及利亞普諾函數設計控制器，利用切換指標 (switching index) 適時地切換監督式控制器投入系統中，以保證系統的穩定度及暫態響應。在內層，則利用投影法設計適應性 PID 控制器，並結合前饋控制 (feed-forward control) 的理論，以抑制時延可能的不良影響。最後，第三年的研究工作是延伸識別器及控制器的研究成果到一個工具機系統的溫控問題上，以期改善溫控系統之精度及系統的暫態響應，並比較本研究與其他控制的方法的優劣。這一類的熱傳系統具有嚴重的時間延遲及高度非線性的動態特性，且系統參數不斷隨溫度之變化而變動，不易以物理模型描述。我們將配合實驗的驗證，提出一套可運用於各種恆溫控制器的設計準則。

系統編號:PB9609-5432
原計畫編號:NSC96-2221-E182-035