基于齐次矩阵多项式技术的模糊控制及应用研究

By both applying and developing advanced homogenous matrix polynomials, the system characteristics contained in fuzzy membership functions will be deeply explored and a new way to significantly reduce the conservatism of fuzzy control synthesis will be given in this project. Firstly, the problem of designing novel fuzzy controllers based on the so-called multi-instant control theory will be investigated, and thus the conservatism of control synthesis of discrete-time T-S fuzzy systems will be significantly reduced. Secondly, with consideration of the influence caused by the introduction of both the multi-instant control theory and homogenous matrix polynomials with higher degree, a new right-hand-side slack variables approach will be developed for enhancing the efficiency of fuzzy control synthesis. Thirdly, it is worth noting that the computational complexity may increase due to the introduction of both the multi-instant control theory and homogenous matrix polynomials, therefore some attempts will be investigated for reducing the computational complexity. Finally, the effectiveness of the proposed results will be illustrated in an application platform based on practical industrial systems. Through this project, the development of fuzzy control theory will be promoted and some useful explorations will be provided for applications of fuzzy control in practical industrial systems.

本项目通过深入挖掘蕴含在模糊隶属函数中的系统特性，利用并发展先进的齐次矩阵多项式技术，探索出一条能够显著减少模糊控制设计保守性的新途径。首先，研究基于Multi-Instant控制思想的新型模糊控制器设计问题，以显著降低离散时间T-S模糊控制系统的控制设计保守性；其次，研究出在Multi-Instant控制思想和高阶齐次矩阵多项式双重影响下的右侧松弛变量引入技术，以进一步提高模糊控制设计效率；再次，针对Multi-Instant控制思想和齐次矩阵多项式技术带来的控制设计方法计算复杂度增加的特点，进行降低计算复杂度的几种尝试研究；最后，基于实际工业系统来设计控制系统应用平台，对所提出理论方法的有效性进行验证。项目在理论上促进了模糊控制理论的发展，在应用上为实际工业系统的模糊控制提供了有益探索。

本项目创新性地基于齐次矩阵多项式技术针对模糊动态系统控制综合及应用问题开展了系统深入的研究。提出了基于齐次矩阵多项式技术的模糊控制新方法，成功解决了渐近意义下模糊控制设计充分必要条件的若干关键科学问题；提出了一种HPPD型滤波器架构，解决了时间复杂度、空间复杂度和设计条件保守性三者之间的平衡关系问题；创新性提出一种增广型2-D系统Lyapunov函数和multi-instant型状态反馈控制律，显著降低了已有结果的保守性。将理论成果在冷轧带钢板形控制系统半实物仿真平台中进行了有效性验证，板形控制质量显著提高。项目共计发表和录用SCI论文23篇，其中IEEE汇刊7篇(含长文7篇)，项目负责人第一作者17篇。单篇最高他引128次，2篇论文入选ESI热点论文，6篇论文入选ESI高被引论文。项目申请国家发明专利4项，且有3项获得专利授权。研究成果获得2017年度中国自动化学会自然科学一等奖、中信所2016年度中国百篇最具国际影响力论文奖等学术奖励。项目负责人入选江苏省“333工程”中青年学术带头人、江苏省“六大人才高峰”、江苏省教育厅青蓝工程中青年学科带头人等人才计划。本项目的顺利实施将进一步丰富和发展基于HPPD技术的智能模糊控制理论，并为有效解决实际工业背景下的智能控制问题提供更多的理论支持。