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论文详细摘要格式范文中英文版-硕士研究生学位论文摘要

日期:2012-07-10 作者: 硕博论文网 编辑:论文详细摘要格式 点击次数:114
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论文详细摘要格式范文中英文版-硕士研究生学位论文详细摘要-北京工业大学硕士学位论文中 英 文 详 细 摘 要

 

分类号   TN304                                                        密级  公开
北京工业大学硕士学位论文
中  英  文  详  细  摘  要
 
题    目  n型CaMnO3基高温热电材料的制备与性能研究
英文并列  SYNTHESIS AND PROPERTIES OF N-TYPE CaMnO3 HIGH-
题    目  TEMPERATURE THERMOELECTRIC MATERIAL
 
 
研究生姓名    张 冰 心        
专    业     材 料 学        研究方向   功 能 材 料           
导师姓名     张 久 兴        职    称     教 授            
 
  论文报告提交日期     2009年5月          学位授予日期       2009年6月            
 
  授予学位单位名称和地址  北京工业大学 北京市朝阳区平乐园100号 100124                
 
中  文  摘  要
 
具有钙钛矿型晶体结构的CaMnO3氧化物热电材料由于其独特的晶体结构和热电传输特性,以及在废气、废热等高温热电转换领域的潜在应用,近年来受到了广泛关注。本文首先利用溶胶—凝胶法制备出了单相的钙钛矿型CaMnO3粉末,然后分别采用真空放电等离子烧结和无压烧结的方法制备了CaMnO3块体,并在得出基本的烧结条件以后对其Ca位进行掺杂,制备出 Ca1-xYbxMnO3 (x=0.05、0.08、0.1、0.15、0.2) 块体,并采用X射线衍射仪(结合Rietveld精修)、扫描电子显微镜、Seebeck系数及电导率测试仪、激光热导仪等分析和测试手段,分别对产物相组成、晶体结构、显微结构和热电性能进行了系统研究。
实验结果表明,真空气氛的SPS烧结不利于CaMnO3块体的成相,在900℃这样比较低的温度下即发生分解,分析其原因为SPS的真空气氛使得样品处于贫氧状态,引起了Mn元素化合价的变化,使Mn4+变成了Mn3+,不能得到单相的CaMnO3块体。空气气氛下的无压烧结能够得到单相CaMnO3块体,随着烧结温度的升高,样品的晶粒不断长大,致密度有所提高,当烧结温度升高到1300℃时,样品出现了分解的现象,烧结温度为1200℃的样品热电性能高于烧结温度为1100℃的样品;对样品进行烧结前的预成型压力对样品的物相、微观形貌和热电性能的影响都不大;烧结过程中保温时间的延长有利于样品的晶粒长大和致密度的提高,随着保温时间的延长,样品的热电性能不断提高,保温时间为12h的样品热电性能最高。最终确定空气气氛中无压烧结制备CaMnO3块体的最佳烧结工艺为:烧结温度为1200℃、保温时间为12h。
不论怎样改变单相CaMnO3块体的烧结工艺,其热电性能都很低,为了提高CaMnO3块体的热电性能,选取稀土元素Yb作为掺杂元素,详细研究了掺杂元素和掺杂量对CaMnO3块体的结构、热电性能的影响,以及结构与热电性能之间的关系。采用与制备单相CaMnO3块体相同的制备工艺制备了Ca1-xYbxMnO3(x=0.05~0.2)系列固溶体。所有样品均形成了以钙钛矿相为主相的组织结构,随着Yb掺杂量的增多,样品中出现了少量的第二相。通过利用谢乐公式计算不同掺杂量的样品的晶粒尺寸和扫描电镜观察其断口形貌,可以发现Yb的掺杂显著地抑制了产物的晶粒长大,起到了晶粒细化的作用。
为了获得精确的结构参数,探寻性能变化与结构之间的关系,采用Rietveld方法对Ca1-xYbxMnO3(x=0 ~0.2)系列固溶体的X射线衍射数据进行了精修。精修结果表明:采用空气气氛中进行无压烧结的方法制备的CaMnO3为单相化合物,Yb的Ca位掺杂不改变CaMnO3的钙钛矿型晶体结构,但是引起了其晶胞参数的变化,其中,晶胞参数a随着参杂量Yb的增大而增大,b和c却相反,随着Yb的增大而减小;Yb掺杂CaMnO3中并不能无限掺杂,随着Yb量的增多,真正能进入Ca位的Yb受到限制,如当x=0.15时就只有88%左右能进入Ca所在的位置,而其它剩余的Yb,可能参与第二相的生成;nn键角(氧八面体在垂直方向(垂直于ac平面)的扭转)没有明显的变化规律,但nn键角(氧八面体在水平方向的扭转)却随着Yb的增加而减小;晶格畸变导致氧八面体中Mn-O键长在a、b、c三个方向各不相同,b方向上的Mn-O键长随着掺杂量的增多而变大,a、c方向上随着掺杂量的变化不大。
Yb的掺杂大幅度降低了样品的电阻率,并改变了电传输特性。当x≤0.1时,样品的电阻率随着温度的升高而增大,表现为金属传导特性,并且随着掺杂量的增加,电阻率表现为减小的趋势。这是由于Yb的掺杂一方面引起了Mn元素化合价变化,使样品中载流子浓度增加,而另一方面,使得Mn-O-Mn键角减小,导致了导带能级变窄,从而电性能增强;而当x>0.1时,样品的电阻率随着温度的升高而减小,表现为半导体特性,且随着掺杂量的增加,电阻率逐渐增加,这是由于Yb掺杂引入的第二相足够对样品的电性能产生影响。由于Yb掺杂增大了样品的载流子浓度,而Seebeck系数绝对值和载流子浓度成反比,所以Yb的掺杂使得样品的Seebeck系数绝对值显著降低,Seebeck系数绝对值随着测试温度的升高变大,同时随着掺杂量的增加,进一步减小。Yb的掺杂降低了样品的热导率,所有样品的热导率都随着测试温度的升高而变大,随着掺杂量的增加而减小,引起这个变化的原因有两个,一是Yb的掺杂引起了氧八面体晶格畸变,使得Mn-O键长和Mn-O-Mn键角都有不同程度的变化,也就是在规则有序的晶格中产生了缺陷,所以会降低样品的热导率;另外,由于Yb的掺杂起到了细化晶粒的作用,显著抑制了样品的晶粒长大,使样品中产生了更多的晶界,这也对降低样品的热导率产生了积极的作用。所有样品的ZT值均随着测试温度的升高而变大,当测试温度升高到700℃时,ZT值仍然保持上升的趋势,说明CaMnO3基热电材料适合在高温下使用。x=0.1的样品Ca0.9Yb0.1MnO3在T=700℃时,ZT值达到0.093,较单相的CaMnO3提高了120%。以上所有变化都与Yb的掺杂所导致的载流子浓度、化合物晶格畸变以及晶粒细化有关。
 
关键词:溶胶-凝胶法;锰酸钙;Yb掺杂;Reitveld精修;热电性能
 
ABSTRACT
 
In recent years, much attention has been paid to CaMnO3-based oxides thermoelectric materials due to their unique crystal structure and thermoelectric transport properties, and its potential applications in high-temperature thermoelectric conversion fields such as exhaust gas or waste energy. In this paper, single phase CaMnO3 powders with perovskite structure were firstly synthesized via sol-gel method, and CaMnO3 bulks were prepared using spark plasma sintering (SPS) and conventional sintering method in air, respectively. Then the bulks of Yb-substituted Ca1-xYbxMnO3 (0≤x≤0.2) were fabricated with the optimized parameters, and the influence of Yb-doping on phase, crystal structure, microstructure, thermoelectric performance were investigated systematically based on X-ray diffraction including Rietveld refinement, SEM, Seebeck coefficient and resistivity measuring system, laser flash thermal constant measuring apparatus. 
The results revealed that the vacuum atmosphere went against the synthesis of CaMnO3 bulks. CaMnO3 was decompounded even at temperature as low as 900℃ under the vacuum atmosphere of SPS. The valence of Mn element in the compound changed from +4 to +3 because of the lack of oxygen. CaMnO3 bulk which has the single phase perovskite structure were synthesized by conventional sintering method in air, The grain size grew up and the density enhanced with increasing the sintering temperature , the bulks which sintered at 1300℃ decomposed. Thermoelectric properties of the bulk which sintered at 1200℃ is better than the one sintered at 1100℃; Molding press before sintering has almost no effect on the phase, microcosmic structure and thermoelectric properties. Protracting of the time in sintering process was propitious to the growing of grain and enhancing of the density. Thermoelectric properties increased with protracting of the time in sintering process. the bulks which were sintered at 1200℃ for 12h own the best properties. The best parameter of sintering CaMnO3 is 1200℃,12h.
The CaMnO3 bulks own very low thermoelectric properties whether or no changing the parameter of sintering process. In order to enhance the properties of CaMnO3 bulks, we choose Yb as substituted element, The influence of Yb-doping on crystal structure, thermoelectric performance and the relationship between structure and properties were investigated systematically. The bulks of Yb-substituted Ca1-xYbxMnO3 (0.05≤x≤0.2) were fabricated with the optimized parameters. All the samples formed mainly perovskite phase as the organizational structure, and a small amount of the second phase appeared in the samples With further doping with Yb. We founded that doping with Yb go against with growing of the grain via calculating of grain size and SEM.
Refinement of Yb-substituted Ca1-xYbxMnO3 (0≤x≤0.2) solutions was done according to XRD data and Rietveld method in order to obtain accurate cell parameters and to explore the relationship between structure and performance. It was showed that Yb-substitution for Ca site lead to lattice distortion of CaMnO3, lattice parameters a increased while b and c decreased with further doping with Yb; the content of Yb substitution was not infinite. With increasing content of Yb-doping, limited Yb could enter into cell, while other Yb will participated the formation of second phase, for example, there were roughly 88% of initially added Yb substituted Ca site for x=0.15. Mn-O1-Mn angles (distortion of oxygen-octahedron perpendicular to ac plane) of Ca1-xYbxMnO3 compounds made little changes, but Mn-O2-Mn angles (distortion of oxygen-octahedron parallel to ac plane) decreased with increasing content of Yb. It was because the distortion which led to the difference of Mn-O bond distances among a, b, c direction. Mn-O bond distances in b direction increased with With further doping with Yb, and the ones in a,c direction has almost no change with With further doping with Yb.
Substituting the Ca site with rare earth Yb caused a strong decrease of resistivity and changed the transport characteristic. Samples with x≤0.1 showed a metallic behavior which shows that resistivity decreases with increasing doping content of Yb; on the one hand, doping with Yb led to change the valence of Mn elements, so that the carrier concentration in sample increased, and on the other hand, the Mn-O-Mn bond angle decreased, resulting in a narrow conduction band energy level, enhanced the electrical properties.while samples with x>0.1 showed a typical semi-conducting behavior meaning that the resistivity increases with further doping with Yb. This is due to the introduction of second phase with further doping with Yb. As the carrier concentration in the Yb-doped samples increased, and the absolute value of Seebeck coefficient go against with carrier concentration, soSubstituting the Ca site with Yb caused decrease of the Seebeck coefficient value, S, and the S value increased with temperature, decreased with further doping with Yb. In addition, Yb-substitution made influence on thermal conductivity κ, the κ of all the samples increased with temperature, decreased with increasing doping content of Yb. There are two reasons which caused of this change, on one hand, doping with Yb caused lattice distortion of oxygen octahedron, both of Mn-O bond distances and Mn-O-Mn angles changed, in other words, lattice defects appeared in the Orderly lattice could lower the thermal conductivity of the sample. On the other hand, refinement of grain size caused by Yb-substitution for Ca cite produced more grain boundary also could reduce the thermal conductivity of the sample.ZT values of all samples which were tested increased along with increasing testing  temperature ,and ZT values remained upward trend when the testing temperature is 700 ℃, so CaMnO3-based thermoelectric materials is suitable for use in high temperature.As a result, ZT value of sample with x=0.1 reached its peak of 0.093 at 700K which is about 120% higher than CaMnO3. The above thermoelectrical changes were attributed to the carrier content, lattice distortion, and refinement of grain size caused by Yb-substitution for Ca cite.
 
Keywords: Sol-gel method; CaMnO3; Yb doping; Reitveld refinement; thermoelectric properties
 
——————————————大庆石油学院
硕士研究生学位论文摘要
 
                                  
论文题目:       非线性自适应逆控制的研究及应用       
硕 士 生:                                    
指导教师:             刘 霞   副教授                 
学科专业:           控制理论与控制工程               
 
2009年 3 月 20 日
非线性自适应逆控制的研究及应用
论文详细摘要
1.研究背景与意义
在控制理论研究的过程当中,现代控制理论的研究分析和设计都是建立在严格精确的数学模型的基础之上的。然而,在科学技术和生产力水平高速发展的今天,人们对复杂的、对象未知的不确定性系统实行自动控制的要求开始不断提高。因此,传统的基于精确数学模型的控制理论的应用受到了很大的限制。
自适应逆控制是对系统的稳定性及动态特性等作开环控制的,其采用被控对象传递函数的逆作为串联控制器,这样可以避免因反馈而引起的系统不稳定等问题;而且该控制器有自适应的特点,可以将其调节到使总体的动态响应达到最优。再者,自适应逆控制所采用的反馈是用来控制系统中的可变参数的,而不是用来控制系统中信号的流动的,它调整参数并使其达到最优,从而使系统的动态响应达到最优。
此前的自适应逆控制的研究主要致力于运用信号处理的方法去实现对象的建模和对象的动态响应控制。对于研究线性系统来说这种方法是相当成功的,但对于非线性系统来说,还用这种方法来研究其效果却很不理想。并且,就自适应逆控制的线性系统本身的理论分析,很多都是相似的,有待进一步完善,如果用新的数学方法分析,就可以得到更精确的结论。但对许多用精确的数学模型描述不了的未知被控对象,其逆动态模型就难以用传统的建模方法去构建。这时,人工神经网络、模糊原理、混沌机制和三者的融合理论系统的迅猛发展,给各种非线性系统辨识提供了有力工具。其在处理实时性要求比较高的自动控制领域当中显示出了极大的优越性,使得自适应逆控制在控制系统及调节器的设计当中得到了较好的发展。
至今为止,已经有一些非线性自适应逆控制方法,但是还很不充足。如何将线性自适应逆控制的方法更好地推广到非线性自适应逆控制系统当中去;如何开辟非线性自适应逆控制的新途径、新思路和新方法;如何更完善非线性对象的正建模和逆建模的理论分析。这些都是值得进一步探讨的问题。
与传统的控制系统相比,在控制理论与应用等方面,自适应逆控制具有极大的优越性。而且自适应逆控制在获得满意的系统响应效果和抑制扰动的问题上是一种很新颖的途径,是利用自适应信号处理的方法解决控制上的问题的,而控制器的传递函数就是该对象传递函数的逆。
在实际的控制过程当中,对象的动态稳定性、对象动态控制和对象扰动控制等问题是首先要解决的问题。在传统的控制思想当中,是用反馈来实现对对象的噪声消除、对象的扰动和对象输出性能等的控制的,那么,想得到很好的动态响应和效果非常好的对象噪声及对象扰动消除,在通常情况下,只能在此三个方面去采取一种折衷的方案来处理以寻求控制的最优解,这样效果就不会很理想。而用自适应逆控制可以分别处理这三个问题。首先,对象是稳定的(如果对象不稳定,可以进行镇定);其次,对象是使用对象的逆作为前馈控制器来控制的;第三,对象的干扰,可以用扰动控制器去消除。系统的动态特性以及对象扰动的抑制问题可以分开来处理,只涉及若干单独的自适应过程,互不影响,所以可以尽最大可能提高各自的性能,从而进一步改善系统的性能。通过设计适当的自适应逆控制系统,既能得到好的动态响应,又能使噪声和扰动减小到均方最小。
但是,实际上,任何一个实际的控制系统,其组成结构总是带有一定的非线性因素,不存在理想的线性系统,因此都属于非线性系统的研究范畴。线性系统与非线性系统是有很大差别的,这就决定了线性系统的分析方法可能全部不适用于非线性系统的控制。此前,对非线性系统的理论研究方法还不够完善,缺乏既成熟而又具普遍意义的研究方法。所以,很有必要去研究一下非线性系统控制方法。
而在解决非线性问题的领域当中,神经网络显示了较大的优越性,因其对任意的非线性函数都具有逼近和学习能力。但目前模糊神经网络多为静态网络,不存在混沌特性,而混沌神经网络又没有处理模糊语言信息的能力,所以基于此,可以将模糊逻辑、人工神经网络和混沌理论三者结合起来构成一种融合型神经网络,称为模糊混沌神经网络,在结构上为神经网络,具有混沌特性,在功能上是模糊系统,具有推理机制。所以对基于模糊混沌神经网络的非线性自适应逆控制的研究及应用将具有一定的理论意义和实际意义!
2.发展现状
自适应逆控制在当时的学术界引起了很大的反响,是美国斯坦福大学研究室20多年来的研究发现及成果的体现,它是由widrow教授在1986年首次命名提出来的。
下面来看一下自适应逆控制的发展过程,最早期的研究是在widrow教授的关于血压调节的一篇学术性文章中被提到的。后来,ShmuelSchaffer写了一篇这方面的相关论文,在论文中,对模型参考自适应逆控制进行了分析和研究。Widrow和Stearns曾经也合写过与这方面相关的著作,其中,与自适应逆控制有关的第一篇文章是于1983年6月份Widrow和Walach在美国旧金山举行的与“控制和信号处理中的自适应系统”相关的第一届IFAC 专题讨论会(First IFAC Workshop on Adaptive Systems in Control and Signal Processing)会议上发表的“Adaptive Signal Processing for Adaptive Control”引起了Astrom教授的注意,并与其对自适应逆控制的一些基本想法进行了讨论;其后,在1986年7月,Widrow应Astrom教授的邀请,在瑞典所举行的第二届IFAC会上宣读了主导性发言,正式给“自适应逆控制”命名。
其后不久,在与神经网络相关的文献中见到了几篇与非线性自适应逆控制相关的文章资料,开始主要研究与线性自适应逆控制方面相关的理论,即自适应对象扰动消除,在文章中提到,在斯坦福线性加速器中心进行了实验研究,用于控制电子束,取得了良好的控制效果。widrow和Walach于1996年出版了《Adaptive Inverse Control》这本学术专著。这本书的内容包括了一些构思、数学方法和仿真结果。数学和仿真的目的则是为了支撑这些构思。这本书力求推理清晰而简单,带有启发性,最重要的是有用性和实用性。这本书由国内学者刘树棠和韩崇昭于2000年翻译出版,从此,自适应逆控制的发展进入了一个崭新的阶段,研究这方面的学者相继出现。
将自适应控制及自适应信号处理这两个方面的理论进行了有机的结合形成自适应逆控制方法,这成为自适应控制和自适应信号处理这两大学派共同的研究热点。在工程领域也取得了较大的进展,它可以改善神经网络逼近任意函数的能力,并提高其收敛的速度从而提高非线性系统的逆控制效果。基于此,要不断地去扩大自适应逆控制的应用范围,并将一些新的研究方法植入到自适应逆控制系统的控制当中,以得到更好的控制效果。在自适应逆控制系统当中,通常采用自适应滤波器的方法来实现对被控对象模型、控制器(调节器)以及噪声消除器的控制。至今为止,线性系统的自适应逆控制主要用滤波的方法去实现;而对非线性系统而言,一般都采用神经网络控制。
自适应逆控制的优越性还体现在不需要知道被控对象的精确的数学模型。自适应逆控制原理在很多文献中都已经得到了很好的应用,传统控制和自适应逆控制都是利用反馈来使对象的均方误差达到最小的。所以,自适应逆控制就是用信号处理的方法来解决自适应控制中出现的某些问题的。解决这些问题的解决方法如下:首先,可以利用简单的自适应滤波方法对未知的被控对象的特性进行直接辨识或者建模,然后再将所用方法稍加变化,被用来做为逆建模使用,利用逆对象的模型来控制对象的动态特性。
非线性自适应逆控制的由来是用非线性自适应信号处理的方法来解决非线性系统中的某些已经解决的问题或尚需解决的问题。并且,自适应逆控制作为一种很好的控制方法和理论,已经应用在未知的、复杂的、不确定的非线性动态系统的控制当中了,它用被控对象传递函数的逆作为控制器,这个控制器能够自适应的调节自身的参数使得对象的动态响应达到最优。自适应逆控制原理在很多文献中已经得到很好的应用,但是对于非线性对象的控制仍不够完善,如何将自适应逆控制应用于非线性的单输入单输出对象控制及非线性的多输入多输出的对象控制将是一个值得研究的热点。
可见,到目前为止,对于线性系统的控制理论及方法已经非常成熟,传统的PID控制在快速性及稳定性上已经能够满足系统设计的要求,在一般情况下,其控制性能也要好于复杂的控制策略。但对于一个复杂的非线性系统而言,是远远不够的。此时,基于神经网络的自适应逆控制则是对非线性系统进行控制的一种很好的解决方案。
3.本文主要研究内容
本文针对非线性自适应逆控制进行了研究,基于神经网络的自适应逆控制具有对模型的要求低、自适应能力强、鲁棒性及容错性好的优点,可以应用于工业过程控制中并且能够取得较好的控制品质。本文寻求一种理论严谨、易工程化的非线性系统控制方法,神经网络在非线性系统的研究方面显示出了明显的优越性。本文将自适应逆控制方法与神经网络相结合,给出了非线性自适应逆控制的控制方法。
首先,本文介绍了基础理论知识;其次,针对非线性自适应逆控制的理论研究,采用混沌机制与模糊神经网络相结合,构成了一种引入型模糊混沌神经网络(IFCNN),常用的BP算法收敛速度较慢且易于陷入局部极小,而混沌BP算法是以梯度下降搜索算法快速收敛到局部最优,同时依赖混沌全局优化摆脱局部极小,最终收敛到全局最优。所以这种网络既可以处理语言信息、有模糊推理能力又具有自适应、自学习及混沌搜索能力,能更好地模拟人脑处理信息的过程;再次,利用神经网络对任意非线性函数的逼近能力,把神经网络在非线性系统建模与控制中的优点引入到非线性自适应逆控制中来,从而得到系统的正向和逆向模型,再构成基于引入型模糊混沌神经网络的非线性自适应逆控制系统,对非线性自适应逆控制系统的稳定性进行了初步的讨论与分析;最后,用非线性自适应逆控制的方法控制倒立摆,验证系统的稳定性、可行性及正确性,研究表明,所设计的控制结构有很好的鲁棒性和容错性。
本文的主要研究内容如下:
第一章:简要介绍论文的课题的背景、理论意义及国内外的历史现状。
第二章:首先介绍自适应逆控制的基本原理和几种自适应逆控制结构,给出综合的自适应逆控制系统。然后证明非线性自适应逆控制的存在性及可行性,最后给出解决非线性自适应逆控制的几种实现方法:解析实现和非解析实现,由于解析实现的局限性,这里,本文主要讨论非解析实现。
第三章:介绍神经网络学习算法。给出算法的数学描述以及改进的学习算法,将混沌机制引入到模糊神经网络当中,得到一种模糊混沌神经网络,并进行分析。
第四章:首先研究非线性系统建模和逆建模的几种方法,并分别对无扰动和有扰动的非线性系统进行仿真研究。然后给出一种基于引入型模糊混沌神经网络的带有扰动消除的非线性自适应逆控制系统,并进行仿真研究。
第五章:首先介绍倒立摆的物理结构并推导和构造出二级倒立摆的数学模型。以二级倒立摆为被控对象,进行仿真实验。建立二级倒立摆的非线性自适应逆控制仿真系统,实现对二级倒立摆的非线性自适应逆控制。
在结论部分,总结文章中尚且存在及不完备的一些问题。
4.本文主要创新点
本文主要研究了非线性自适应逆控制,其创新点如下:
(1)针对BP算法容易陷入局部极小的缺陷,在常规的BP算法中引入混沌机制,得到混沌BP算法,再用该算法去训练模糊神经网络,从而得到了一种引入型模糊混沌神经网络。这种方法构成的算法模型有效地提高了网络的训练速度,解决了常规的BP算法容易陷入局部极小的问题。将这种非线性算法应用到非线性自适应逆控制系统中,提出了一种有效的带有消除扰动和噪声的非线性自适应逆控制系统,此控制系统对未知的、非线性的、强耦合的被控对象有较好的控制效果和扰动消除作用,且对非线性对象的控制具有很好的鲁棒性和容错性。
(2)考虑到二级倒立摆系统数学模型的复杂度高且运算量大等问题,本文用神经网络去逼近二级倒立摆的动力学系统,采用混沌BP算法去训练网络,这样不仅降低了运算的复杂度,而且经训练得到的模型也可以很好地描述二级倒立摆系统。然后再用非线性自适应逆控制的方法去控制二级倒立摆。实验证明,非线性自适应逆控制这种控制方法对二级倒立摆的运动控制是非常有效的。
5.结论
本文主要研究非线性自适应逆控制。从基本的自适应逆控制结构入手,分析了逆模型建立的解析实现和非解析实现,并且研究和给出了改进的非线性算法,将其运用到系统建模和逆建模当中,然后给出了消除扰动的非线性自适应逆控制系统,并用其控制二级倒立摆,使二级倒立摆在允许范围内达到稳定。总结全文内容,有以下结论:
(1)本文通过分析和研究,将模糊神经网络中引入混沌机制,得到了引入型模糊混沌神经网络,即在带动量因子的BP学习算法中引入一项权值增量的非线性自反馈项,得到了既可以处理语言信息、有模糊推理能力又具有自适应、自学习及混沌搜索能力的引入型模糊混沌神经网络。
(2)研究了目前常用自适应逆控制方法、系统建模理论及逆建模方法,从而提出了一种简便有效的带有扰动消除的非线性自适应逆控制系统,这个系统是把非线性对象建模方案和对象扰动消除方案结合在一起,利用IFCNN非线性自适应算法,在线求得控制器。由于在该系统中,扰动与对象的输入是不相关的,不让对象输入进入到求辨识器的过程当中,这时就能得到一个最佳的辨识器了,从而得到良好的动态响应。
(3)针对带有扰动消除的自适应逆控制系统,利用第三章中的神经网络训练方法,分别进行了倒立摆模型和对象逆模型的建模与仿真。并对二级倒立摆进行了控制,使得二级倒立摆在允许的范围内达到稳定。通过实验可以说明,非线性自适应逆控制不仅具有解决非线性问题的能力,并且能很好地解决扰动的问题。
本文研究的控制方法虽然已经完成了预期的目的,但还存在以下几个方面的问题有待进一步解决:
(1)对象辨识模型经自适应无偏地收敛到对象还是很难做到,并且要想消除扰动能够从对象模型恰当地求得对象的逆模型还是有些复杂。如果利用外部白噪声信号对对象进行在线建模,虽然能够使这些不确定性有所减少,而且对象的输入信号也不再依赖于要求对象建模过程提供合适的激励,但是如果用了加性噪声信号会让系统里边引入不必要的额外扰动,当然这部分额外的扰动可用降低对象模型对对象的收敛速度来减小,但这样又无法保证速度,所以只能找一个折衷的方案来实现,既保证速度又保证准确度。
(2)基于线性化解耦和非线性自适应扰动消除的二级倒立摆的控制方法:倒立摆是高度非线性、强耦合、复杂的系统,如果能将线性化解耦与非线性自适应扰动消除方法结合起来研究,并应用到倒立摆中,将会更有应用价值。

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