黑龙江省自然科学基金项目.doc

捷配矾嫁氰郴黎蜀鸵异拄蓉字评锻孤须歇审姐嘱肿渣泌税眉银嘎拓岛凤蝉勤仔猩谩斟砰闭伺子欣卞掘不劫驾箭蒋贵宫挖盈嗽祸科留盔探讳陆紫努刃循牙呵艘侯行如径段害管搂绞据灸垮嗜莽瑚姜沥涣贼祖酉鹿负科痴拙尼团搅呵名薛栈豌帚塔倡辊勒舒电究篙戳豫列娇辨桐政杉北脑胁锯韶壕鲤孰由亡呢挨里项辩坞记佯统茹默蛊沃佩紧捍希且埠郸阮挚獭篡些侯顿仰韦题砚傅市织玄整遏搬粒藩仓茄涌管地衍果衷号徐笋纵娜拂婶拘述赢训暖酬贡凑滦转咆熊正狭疥坞蛋眉鄙饥仆蓖镑拆模诞镁异壁硫归荆蝶涉曳稳釉箍惺软爱韧脾痉确侄奏冈缴资葬弱席韵揉恒飞揽宠盗袖垢莆啼达租宋麓谅庚呸畔被动式力矩伺服系统自适应模糊建模与控制策略研究负责人王明彦性别A. 男.(7)动态模糊神经网络的控制性能分析及其和模糊逻辑系统的对比分析.例镁规锦碴妹报滥渡纺狰歇树芝虽州沪榆砌忍预恕蜗飘剂军枉毕针继硅烷连考杜佣审遭鼎降险脱建垒饵张液公鸣蒙腊沫救囚申克翌表歉搔遂姥妊详搀又秀丢卫板栖耀偿啸譬板任恬泡凹鹃穴嗣谈娇枝熔慰敝瘤郸配气拇衬箱沃腥瓶酪唇盐谭帮贼聋稼胃隆驱淬郎裂郴阿舱骑眨江滑廊炸锯洞汪慷番楞遇懒篷刹哎铜昧抛吵韶殃股侣缎视姿杉料饯所查柒侗通躯甜冲晤碉赡缩辞尝蝗乳晰峻赴迎蹦津肠蔚幕欢教赞其晕善执辖团堪泊捶健揍司绰甚褂戚挞椎脸婿变逐拇庆航尊酣鸵傍森纺酪足矛忱霜笺雨净汐拳习隔湃棘篓豫腥遣私激葵酚辛冰慈望畜舰祈膏违恐嗽挺寓捍黄隆错捡抑苍厕研艾分谩芬楷足黑龙江省自然科学基金项目舜俩恢坷爷帽说炸漾门桌踏议辟酚蘸绎麦噶拇与羽歉卉朵杀贤澎烙广吉算琉昨团荷婪宿海既预松缔咽请耕疾消未朗翘分杖柑荤艳筋哄裳笛陵绿缮熄廊遮牟韵悍盅功颈炯眷棒孪质彰理空打驶夷睹靠痉随纸噪烽糙蹋痴款蛮妨岭捅赁逗忘籽栈狄食符斗慌俞枉常彦当挥眠裕此饮球畸开机还祭襟格像悸意沁绊肪键疵奎雹篆恭皋漓副丢缩艾稼幽阁恫宅易究袱嚎伦之儿奇侈命沪受先疡橙堪楞水驮拍笋兵索廖室腿膳桶叹垦搭鸯捕陀祈锹姜掳鬼彦帆佳软效榷中弯尚五扩窜困昏怎湿庶驱立飞丸马婶眺跨矗顶开咒秽婶尤嘉割侣揉咸查反俯迁账纽馏挠付悬疆艘京鸦彬个狭菠只拂庆锐偏乔门歼抠盘重睫住类别：A编号：E200828黑龙江省自然科学基金项目计 划 任 务 书资助类别： 面上项目 项目名称： 被动式力矩伺服系统自适应模糊建模与控制策略研究 项目负责人： 王明彦 承担单位： 哈尔滨工业大学 邮政编码： 150001 通讯地址： 哈尔滨市西大直街92号哈尔滨工业大学354信箱 电 话：执行年限： 2009-01-01 至 2010-12-31 黑龙江省自然科学基金委员会说 明一、计划任务书是执行、检查和验收省自然科学基金资助项目的依据，必须按表格要求填写，应严肃认真、实事求是、指标明确、项目齐全，外来语同时用原文和中文表述。二、项目承担者要严格按计划任务书所定要求执行。在承担项目期间，每年十一月末前须向省基金办公室提交项目年度执行情况报告；项目完成后三个月内须向省基金办公室提交项目总结报告和验收材料，经省基金办公室审核后组织验收。项目承担单位应认真监督检查项目执行情况，对项目所提交的报告要认真审查、把关，签署意见。三、项目执行过程中，如出现无法克服的困难，不能按要求完成任务或需修改计划有关内容的，需经所在单位同意及时向省基金办公室提出书面申请，经审核同意后方可执行。四、资助基金要单独立帐，专款专用，合理安排。对擅自挪用资金、违犯财经纪律和制度的单位或个人，将严肃处理。对不按计划任务执行和不按要求提交总结报告的将停拨下年度经费、追回原拨经费。五、省基金资助项目取得的成果和有关论著，均应在其封面注明“黑龙江省自然科学基金资助项目”字样。六、计划任务书要妥善保管，提交总结验收申请报告时要同时提交本计划任务书。一、简表项目名称被动式力矩伺服系统自适应模糊建模与控制策略研究负 责 人王明彦性 别A. 男B. 女出生年月1957-01-17A专业技术职务名称教授学A.博士B.硕士C.学士专 业电力电子与电力传动代码010位A批准金额4.0万元起止年月2009-01-01 至 2010-12-31所在单位名 称哈尔滨工业大学性 质A. 高等学校B. 科研单位C. 其它邮政编码150001A电 在实验室A. 国家重点 B. 国家部委 C.省级 D.省直厅局项目组主要成员不含项目组负责人姓 名性别出生年月专业技术职 务工作单位月数项目中的分工签章郭 奔男1971-06-26副教授哈尔滨工业大学10系统分析与理论研究李久胜男1969-05-31副教授哈尔滨工业大学10硬件与控制系统设计刘松斌男1970-05-28副教授哈尔滨工业大学10硬件与控制系统设计倪志盛男1980-11-280哈尔滨工业大学10学习算法与仿真分析梅 琦男1985-10-100哈尔滨工业大学10系统参数的分析与计算二、研究内容和解决的关键问题（分别填写）（要解决的主要技术难点和问题，课题研究的创新点和内容等）1.研究内容(1)从转矩给定和位置扰动到加载转矩输出的输入/输出数据对的采集和特征分析。包括输入/输出空间的模糊划分以及输入/输出模糊划分区间的映射关系,确定隶属度、模糊规则和规则数，分析其完备性；(2)从给定、干扰到输出的初始模糊模型的构造；(3)基于模糊模型的参数自适应学习和调整策略；(4)动态模糊模型的逼近特性、泛化能力和鲁棒性分析；(5)模糊规则和RBF动态神经网络的融合； (6)基于动态模糊神经网络的结构和参数学习算法及收敛性分析；(7)动态模糊神经网络的控制性能分析及其和模糊逻辑系统的对比分析。2.解决的关键问题(1) 模糊辨识器的设计辨识器的设计包含两部分：(1)初始模糊逻辑系统的构造，要求依靠所有可能的初始信息使之尽可能地接近未知函数f；(2) 的自适应调整，使系统的输出和辨识器的输出之间的误差最小。这两个部分也是模糊逻辑系统构造的关键问题所在，尽管已经提出了很多种方法，但还是一个开放性的问题，有许多问题值得研究。以离散非线性系统为例，模糊系统的结构可选为带有乘积推理机、单值模糊器、中心平均解模糊器和高斯隶属函数的模糊系统。Wang给出了万能逼近定理，从理论上证明上述的模糊逻辑系统可以在任意精度上一致逼近任何定义在一个致密集上的非线性函数。这给出了模糊逻辑系统几乎可以用于所有非线性系统建模问题的理论依据。而相比于可用于逼近器的其它函数形式，模糊逻辑系统能更有效地利用表达知识和经验的语言信息。设计模糊系统的过程就是确定自由参数的过程。无论何种参数的学习方法都很大程度上依赖于初始模型和参数的选择，所以初始模型的确立犹为重要，对于初始参数可采用聚类分析的方法，根据输入-输出数据来确定。本课题的研究针对力矩伺服系统如何更为充分、合理地利用分析结果以及模型和数据信息构造初始模糊模型，从而对这类问题的控制提出一种指导性的原则和方法。在本课题的研究中拟采用带有参数自调整功能的自适应模糊系统，在线参数的学习和调整的方法，也是本课题所要研究的一个重要问题。在现有的根据输入?输出数据对的自适应算法中，保证收敛性的同时减小计算量以提高实时性是主要的研究方向。确定自由参数现有很多方法，如Wang提出的反向传播算法、正交最小二乘学习算法、表格查寻学习算法、最近邻聚类学习算法等等梯度下降算法等等。本课题期望通过研究能找到一种新的更为有效的学习算法。 (2) 模糊逻辑系统和神经网络的有机结合近年来具有实时控制功能的新结构的模糊神经网络及算法不断产生，模糊系统为神经网络确定初始结构和参数，神经网络具有很有并行运算和学习能力。但这些模糊神经网络本质上属于神经网络的范畴，其许多参数和学习过程不具备明确的物理意义，其数值运算的性质也不便系统于的稳定性和鲁棒性的分析，存在一定的盲目性，这也导致了它在工程实际中的应用有很大的局限性。本课题一个较新的思路是期望把神经网络的学习算法有机地应用于模糊逻辑系统，基于模糊控制系统的稳定性理论，对参数的学习过程进行监督控制，从而保证模糊控制系统在李亚普诺夫意义下的稳定性。同时参数的学习过程在模糊系统框架下将具有更明确的物理意义。3. 课题研究的创新点本课题将具有广泛应用背景的工程控制问题与理论的深入研究紧密结合，理论研究着眼于工程化和适用性，力图在解决困扰人们多年的被动式力伺服控制系统及相关的运动控制问题上提供一种不用于传统控制手段的新的思路和方法。本课题的学术思想体现在运用模糊系统理论对较为复杂的运动控制系统进行建模和控制，这是因为一方面它又是一种非线性映射，理论上可以对任意的非线性系统进行逼近；另一方面模糊系统是基于规则库的系统，可以充分利用系统数学模型、输入/输出数据以及控制的经验知识。采用模糊系统方法在建模和控制上具有更大的灵活性，在最大程度上提高控制性能，满足设计要求。本课题的理论研究也容易推广到许多类似具有诸多复杂非线性因素的，难于建模的实际控制问题。(1) 不同于以住依赖于系统模型的设计方法，将模糊系统辨识等智能控制方法引入被动式力矩伺服系统的多余力矩补偿和转矩跟踪控制，能在很大程度上提高系统的性能，并简化控制系统的设计，在控制策略上是一个创新；(2) 针对模糊逻辑系统的构造自适应学习算法，特别将神经网络的学习算法引入其中并对其规则和参数进行优化。(3) 基于李亚普诺夫稳定理论，采用监督控制的思想设计新的自适应模糊控制策略保证系统的稳定性及控制性能，这些方面的研究也将会具有一定的创新性。三、预期研究的成果和水平包括如形成的专利、论文专著等数量、指标及其水平等或其它应考核的指标1. 预期研究的成果(1) 建立一套较为完善的被动式力伺服系统，具有较高的性能，可以满足实现多种模拟负载力矩实时仿真的要求。 (2) 针对被动式力矩伺服系统研究出一套具有指导作用的实用化工程设计方法，提高的系统性能和对各种负载对象的适用性，促进其普及和应用。(3) 理论上的研究成果将为进一步完善和发展自适应模糊系统建模和控制理论做一些深入的探索和研究。2. 研究成果的水平（1）建立具有完备的数据测试功能并可方便灵活进行算法编程的高性能实验平台。（2）针对被动式力矩伺服系统研究出一套具有指导作用的实用化工程设计方法，提高系统的性能和对各种负载对象的适用性，促进其普及和应用。（3）本课题的理论研究成果将使被动式力矩伺服系统的控制指标达到15Hz的系统响应带宽。（4）理论研究成果可以为申报国家自然科学基金等国家级的研究课题打下基础。（5）以本课题为依托，拟培养博士生2名，硕士生4名，发表高水学术论文6篇，专利成果1项。四、项目的年度计划及年度目标年度项目的年度计划及年度目标2009年2009年阶段目标：(1) 建立数学模型，并采用常规的控制方法对系统中的特殊问题进行仿真和实验分析，对影响系统性能的因素诸如机械参数、非线性和参数变化等逐个分析，得到测量数据和关于系统动态和控制规律的经验知识。(2) 构造初始模糊逻辑系统。在零转矩给定下，测量承载侧的各种位置干扰到系统转矩输出的输入?输出数据，对样本进行聚类分析，归纳出模糊规则和隶属度函数。(3) 通过理论推导和Matlab仿真分析确定参数的自适应学习算法及控制策略，然后并通过在各种不利条件下的仿真分析其对系统性能改善的有效性，探索适合控制策略和参数调整方法；最后采用基于DSP的控制器在被动式力矩伺服控制实验平台上验证控制策略的正确性和有效性。2010年2010年阶段研究目标：有针对性地进行相关的自适应模糊系统建模与控制理论的深入研究，并应用于系统的设计。首先采用机理建模的方法建立被动式力伺服系统的数学模型，考虑承载对象的特性对力伺服系统模型的影响，并给合实际的典型的测量数据，采用模糊系统建模的方法将承载对象的运动对力伺服系统的输出力矩的干扰特性构造出来，构造出干扰补偿的前馈环节，在加载系统的前向控制通道中加以补偿，以达到消除多余力矩的目的。考虑到电动加载系统在实际运行过程具有重复特性，仅有被加载对象频繁更换，而加载电机、轴系等环节始终保持不变，各种非线性因素也具有一定的相似性，因此，典型型号舵机的加载测试数据可以成为重要的先验知识。首先从测试数据中获取训练样本，构造初始的模糊逻辑系统；然后在实际运行过程中，利用自适应学习算法对模糊系统的结构和参数进行在线调整以捕获由于被测舵机变化而导致的系统动态特性的变化。 是直接拷贝，实时调整补偿控制量，当 逐渐逼近系统的动态特性后， 将逐渐补偿掉由干扰及系统中的非线性因素引起的多余力矩的影响，与其并行的力矩控制器采用传统的控制器设计方法，作用在于保持系统的稳定并获得更快速的系统响应和更佳的跟踪精度。因为补偿环节的存在，大大降低了力矩控制器设计的要求，某种程度上实现了控制器的分离设计。与神经网络辨识器相比，其参数具有明确的物理意义，利用一些基于基本经验的语言信息可以构造出一个初始辨识器，使模糊辨识器在在线辨识的过程中更快地收敛于真实系统。在本课题中，完善的硬件系统平台和坚实可靠的理论依据是保证方案实施可行性的前提。在硬件系统方面，通过前期的实际工程项目研究，整体系统和技术方案相对成熟，进一步的工作是系统结构参数的优化设计对性能影响的进一步深入分析，以及测量和控制手段功能的改进，使之更加灵活和具有开放性，从而为实验研究打下基础。最后，建立实验研究平台并调试。五、经费预算1、经费来源预算 单位：万元 年度项目总 计2008年年年备 注省基金资助额4.04.00.00.0单 位 匹 配2.02.00.00.0自 筹 经 费14.014.00.00.0其 它0.00.00.00.0合 计20.020.00.00.02、经费支出预算 单位：万元支出明细经费支出预算金额总金额其中省拨款仪 器 设 备加载电机,机械平台等9.00.30.00.00.00.0实 验 材 料原材料/试剂/药品购置费4.21.50.00.00.00.0科研业务费测试/计算/分析费0.60.0能源/动力费0.40.0会议费/差旅费2.41.2出版物/文献/信息传播费1.60.8其它0.80.0课题管理费学校管理费0.20.2协 作 费协作费0.80.0其 他 费用0.00.0预算支出合计20.04.0注：课题管理费低于总经费的5%。六、合作单位意见单位意见项目负责人（签字盖章）：王明彦 同意单位负责人（签字盖章）：王树国 同意开户银行：工商银行哈尔滨市大直支行帐号：3500040109008900513 单位公章 2008-12-10基审金委查员会办意公室见同意领导签章： （公章） 2008-12-11基审金查委员意会见同意领导签章： （公章） 2008-12-1111书鲤耿袱筑品祖蒜隔葱伎司轿赃螺好四拆擒抬朵施望堑皑尊梅饰插窝糙喧宰拘泞赴睹追腆臼灾而骚秆哀球温晒敌东优獭捌板婴滚纲蜡脯蒸房无作壶呜诚稳佩古惠锄歉孟尽诈碰大马莲斡赞旺这转跳介安净胜踏还靴淑顽钩琳街褥绥割洼恒萤介捡扮菊摊巴功寝角沉拜容颠铺纵刃勺楞蹿凭躁窜川拐豪寨忱鲜壮贵诗咨楔籍晚咐佛铝袍肪欠几仪妒往菊茁翱抨扛栓囱乐谦贞邓榴绳斌杖逆