磁浮列车悬浮系统的串级控制1)

为了消除磁浮列车的轨道共振,必须设计鲁棒性较强的悬浮控制系统.将悬浮控制系统分解为电流环和悬浮子控制系统两个串行、解耦的子系统来考虑,并应用H     

基于LMI的磁浮列车悬浮系统被动容错控制

磁浮列车的悬浮系统是具有多传感器、多控制器的复杂非线性系统,其运行环境十分复杂.一旦发生故障或失效就有可能造成人员伤亡或财产损失.为了提高悬浮系统的安全性和可靠性,针对磁浮列车悬浮系统的电磁铁或功率放大器等执行器故障进行了容错控制问题的研究.在建立磁浮列车悬浮控制系统模型的基础上,从被动容错控制角度出发,采用LMI(线性矩阵不等式)方法设计了悬浮控制系统在执行器故障条件下的容错控制器,并以实际对象参数为例进行了仿真分析.仿真结果表明所设计容错控制器可以实现磁浮列车在故障条件下的稳定悬浮与运行,证明了将基于LMI的被动容错控制策略应用于磁浮列车悬浮控制系统的可行性.     

降低参数灵敏度的磁浮列车鲁棒悬浮控制器设计

磁浮列车的悬浮静态工作点与承载重量有关,因此对悬浮控制器的设计提出了更高的要求.以八达岭磁浮列车旅游线用的CMS-3型磁浮列车为研究对象,在分析磁浮列车悬浮控制系统的数学模型基础上,应用降低参数灵敏度的鲁棒控制器设计法对悬浮控制器进行设计,使控制器对列车质量变化的参数灵敏度明显降低.     

基于单电磁铁的悬浮系统自适应控制研究

悬浮控制是磁悬浮列车中的一项关键技术,传统的PID控制在悬浮控制中的应用很广泛,但是,这种方法不能很好地实现控制器参数的在线调整.本文研究基于单电磁铁的悬浮系统自适应控制方案,实现悬浮系统的稳定工作.根据电磁铁的动力学方程和电磁线圈的电压平衡方程,建立悬浮系统的数学模型.采用串级控制的方法,设计电流环控制器和位置环控制器,其中位置环控制器采用PD增益自适应调节的模型参考自适应控制方法.仿真结果表明,这种控制方法对有效地减少电流的滞后效应,实现控制器参数的自适应调整,具有一定的使用价值.     

基于最优控制的超导单铁悬浮控制系统研究

悬浮控制是磁悬浮列车的核心技术,其他子系统必须在稳定悬浮的基础上设计。为了降低悬浮的能量损耗,采用超导线材绕制电磁铁的方法,在分析电磁型磁悬浮列车悬浮系统结构特性的基础上,建立了超导单铁悬浮系统的数学模型,并设计了带有电流环的线性二次型最优控制器,通过仿真计算表明,该控制策略不仅能够实现快速、精确、稳定的悬浮,还可以大大降低悬浮功率,达到设计的目的。     

基于卡尔曼滤波器的低速磁浮列车悬浮控制

研究磁浮列车稳定安全优化控制问题,低速磁浮列车的悬浮控制系统是一个典型的非线性系统,由于系统的复杂性和列车运行环境的不确定性,悬浮控制一直是磁浮列车的技术难点.为了加强稳定性控制,滤波算法是悬浮控制的一个关键因素,算法的选取直接决定了悬浮控制的效果.存在噪卢干扰,对如何抑制噪声的影响并没有提出一个良好的解决方法.在建立和分析带噪卢的悬浮控制系统模型的基础上,采用带有卡尔曼滤波器的PID控制器实现悬浮控制.在MATLAB上进行仿真实验,结果验证了采用卡尔曼滤波器的悬浮控制算法对改善列车悬浮性能的有效性.     

磁浮列车悬浮控制无线调试系统的设计与实现

多控制器控制参数的网络调试是一项复杂耗时的工作,需要在调试过程中反复修改控制参数以达到最佳的控制效果;为了简化调试过程,缩短调试时间,针对磁浮列车所使用的悬浮控制器TMS320F2812,基于RF无线通信技术和CAN总线通信协议,在磁浮列车的悬浮控制调试过程中使用具有片内CAN控制器的单片机P8xC591设计了一种无线调试系统,用于悬浮控制部分的调试及维护并实现了上位机与悬浮控制器的实时数据交流,保证了控制系统控制策略的正确实现,提高了调试工作的效率。     

磁浮列车的非线性控制问题研究

建立了磁浮列车悬浮系统模型, 针对模型的非线性问题, 利用反馈线性化技术, 将系统的输入-状态线性化, 设计出一个P控制器和一个非线性补偿器, 得到了良好的仿真结果. 在此基础上, 进行了数字控制实验, 比较了仿真和实验结果. 实验表明反馈线性化技术可以解决磁浮列车非线性模型的控制问题.     

解耦分析磁悬浮列车的悬浮控制问题

磁悬浮列车作为一种新型地面交通工具，已经在实践中得到了成功的应用。对于电磁吸引悬浮系统，由于其系统具有的非线性和不稳定性，需要通过模拟控制器或数字控制器对其进行稳定控制。通过解耦，磁浮列车的悬浮控制问题可以简化为单个电磁铁的悬浮控制问题。这样，对单电磁铁悬浮控制系统的分析设计就变得十分关键了。     

磁浮列车数字悬浮控制器的在线调试技术研究

基于单DSP的悬浮控制器的调试系统及用于磁浮列车悬浮控制的在线调试技术。     

EMS型高速磁浮列车自适应导向控制器设计

EMS型高速磁浮列车导向系统的工作条件变化范围大,采用一般方法设计的控制器无法在整个工作范围内保持一致的控制性能。为了解决这个问题,研究了自适应导向控制器的设计方法。首先,建立了导向系统的数学模型,通过设计电流环使模型降阶;并分析了导向系统参数的变化原因及特性,在此基础上采用自校正的自适应控制理论,设计了参数自适应的导向控制器。仿真结果表明,该控制器较好地解决了导向系统在整个工作范围内特性不一致的问题。     

奇异摄动磁悬浮系统的串级PID控制稳定性研究

研究采用串级PID控制的奇异摄动磁悬浮系统参数稳定范围.首先给出磁悬浮系统的串级PID控制算法与模型,讨论了系统稳定应该遵循的两个条件:一个是慢变子系统PID控制的渐近稳定条件,另一个是快变子系统电流环稳定条件,从而推导出基于串级PID控制的磁悬浮系统所应遵循的参数稳定范围和摄动参数稳定上界.结论说明由于电流环稳定条件与PID稳定条件存在较强耦合,对系统固有参数要求较为严格,导致实际系统调试难度较大.     

A novel levitation control strategy for a class of redundant actuation maglev system

In most maglev (magnetic levitation) systems, redundant electromagnetic actuators are usually used to increase the stability and robustness of the levitation motion. However, the obvious interactions generate between the redundant actuators and other general electromagnetic actuators. In this paper, a new and efficient redundant levitation control strategy is developed to overcome the interactions in this maglev system. In the strategy, some separate general controllers are designed for all general actuators, and then some special controllers are used to real-time track the electromagnetic forces of all general actuators, and accordingly they create control signal for the redundant actuators to counteract the interactions among general actuators and redundant actuators. To further illustrate the strategy, a novel redundant actuation maglev system is then demonstrated, and a simplified expression of the redundant control strategy is investigated for the maglev system. The experimental results show that the redundant levitation controller successfully removes the interactions between redundant actuator and general actuators, and the redundant levitation controller maintains good robustness under disturbance.     

磁悬浮控制系统动态特性研究

悬浮控制系统是磁悬浮列车的一个重要的子系统.在对悬浮系统动态性能的测试中发现,随着控制中比例系数的增加,系统超调量减小,该现象与教科书中所讲述的一般控制系统特性正好相反.文中以单电磁铁悬浮控制系统为研究对象,以教科书中典型系统参数为中间变量,层层深入地剖析了这一现象本质.采用理论分析与数值计算相结合的方法,得到闭环系统增益始终大于1以及积分器的存在,是系统出现随比例系数的增加超调量减小这一现象的根本原因.     

Fault tolerant control for joint structure in PEMS high speed maglev train

The PEMS high speed maglev train, which features a permanent magnet inside an electromagnet, is a new kind of maglev train for long distance intercity transportation. The joint structure, which consists of two single levitation sub‐systems, is the fundamental levitation unit. Two kinds of faults are considered and corresponding fault tolerant control strategies are proposed. The first fault condition is when a gap sensor that is part of a single levitation system is faulty. For this kind of fault, a fault tolerant control strategy based on signal reconfiguration is proposed. The second fault condition is when the whole of a single levitation sub‐system is faulty. Under this condition, a faulty model is firstly established, then a fault tolerant control strategy is designed. When this kind of fault is detected, a switch from the normal controller to the fault tolerant controller can make the faulty system stable.     

基于平动转动分离的车道线双回路滑模控制研究

针对车辆自主驾驶中的车道线保持问题,基于车辆横向动力学简化线性模型,把车辆运动分为平动与转动,按照平动与转动分离的思想,采用内外回路分层设计的方法,提出了一类以角度稳定为内稳定核心回路,以位置误差跟踪为外回路的双回路控制方案.其内外回路相串联,并由车辆平动位置信息驱动转动角稳定回路,对双回路均采用滑模控制方法.最后,采用详细的仿真分析说明了该设计方法具有明确的物理意义,而且控制律构成不包含系统不确定信息,具有很好的鲁棒性,能够满足工程应用的需要.     

A Novel Method Of Controller Design For Simultaneous Stabilization And Performance Improvement Of An Electromagnetic Levitation System

This paper describes design and implementation of a control philosophy for simultaneous stabilization and performance improvement of an electromagnetic levitation system. An electromagnetic levitation system is an inherently unstable and strongly nonlinear system. To determine the overall closed loop stability for such a system, cascade lead‐lag compensation has mostly been reported [1,2]. However, a single lead controller can not satisfy both stability and performance for such unstable systems [3]. Performance enhancement to satisfy the conflicting requirements of fast response with almost zero overshoot and zero steady state error has been successfully achieved by using a two loop controller configuration. The lead controller in the inner loop is designed to ensure stability while the outer loop PI controller is designed for performance enhancement. This approach decouples the twin requirements of stabilization (by the inner loop) and performance achievement (by the outer PI loop). The outermost PI controller has been designed using the ‘Approximate Model Matching’ technique [4]. The proposed control strategy has been implemented and the experimentation has been demonstrated successfully. Different experimental results have been included for verification.     

Boundary Control for a Flexible Inverted Pendulum System Based on a PDE Model with Input Saturation

This research considers the control problem of a flexible inverted pendulum system (FIPS) in the presence of input saturation. The model for a flexible inverted pendulum system (FIPS) is derived via the Hamilton principle. The FIPS model is divided into a fast subsystem and a slow subsystem via the singular perturbation method. We introduce an auxiliary system to deal with the input saturation of a fast subsystem. To stabilize the fast subsystem, a boundary anti‐windup control force is applied at the free end of the beam. It is proven that the closed‐loop subsystem is stable. For the slow subsystem, a sliding mode control method is employed to design a controller and a new decoupling method to design the sliding surface. Then it is shown that the slow subsystem is stable. Finally, simulation results are provided to confirm the efficacy of the proposed controller.     

磁悬浮直线电动机H∞鲁棒控制器及其蚁群算法优化设计

磁悬浮永磁直线电动机在结构上取消了机械传动的中间环节,具有磁悬浮和直接驱动的特点.针对磁悬浮永磁直线电动机由于悬浮高度不同,在磁悬浮和直接驱动运行过程中存在自身参数摄动和外界干扰突出的问题,设计基于蚁群算法的H_∞鲁棒控制器,以保证系统对这些不确定性具有良好的鲁棒性.建立包含磁悬浮永磁直线电动机参数摄动和外界干扰的状态空间模型.推导出无须满足正则条件约束的Riccati不等式,给出H_∞鲁棒控制器的解析表达式.针对H_∞控制器中加权矩阵选择的困难,采用蚁群算法对加权矩阵进行寻优.最后在MATLAB环境下对控制系统进行仿真研究.仿真实验表明基于蚁群算法的磁悬浮永磁直线电动机控制系统的性能比优化前有较明显改善,说明该方法的可行性和有效性.