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.     

磁浮列车悬浮系统的串级控制

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∞控制理论 设计了电流环控制器,用时域法设计了悬浮子系统的控制器,给出了所设计的控制器在一个 单转向架磁浮列车上的悬浮试验结果.     

RTOS在磁浮列车悬浮控制器中的应用研究

针对磁浮列车中的关键部件悬浮控制器实时性要求高的工作特点,以FreeRTOS操作系统为例,研究了实时操作系统在悬浮控制器中的移植和应用方法,给出了悬浮控制器中操作系统各个工作任务的划分方法和任务间的通信方法,采取了一些有效措施保证了悬浮控制器的强实时性要求,为悬浮控制器的软件设计提供了一种新途径,给编程人员及控制算法设计人员带来了极大的便利.     

考虑电磁铁故障的磁浮列车单悬浮模块的容错控制

本文针对参数具有不确定性的磁浮列车单模块悬浮系统,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计了对执行器失效具有完整性的容错控制器.同时考虑到工程实际的需要,引入权重概念对控制律进行修改,并利用数值方法对新控制律作用下闭环系统的稳定性进行验证.对不同执行器故障模式下悬浮间隙的变化进行了仿真分析,结果表明该方法对闭环系统的参数不确定性具有鲁棒性,对部分执行器失效具有容错能力.     

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.     

基于搭接结构的磁浮列车同时镇定容错控制

利用高速磁浮列车搭接结构的冗余机制,采用有理函数稳定因式分解的方法,设计了一种针对典型开环不稳定线性系统的被动容错控制器。利用经典极点配置方法搜索同时镇定问题的解,具体设计了不需繁琐的公式推导和复杂的控制器设计算法。仿真表明,在搭接结构中一个电磁铁组完全失效的情况下,该控制器仍然能够实现搭接结构稳定悬浮。试验结果表明,该控制器对被控对象的参数特性变化具有鲁棒性,对系统故障具有稳定意义上的容错能力。     

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。     

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。     

高速悬浮列车车载控制器综合试验台研制

针对新一代高速磁浮列车车载控制器研制、生产、试验期间的测试以及故障诊断需求,本文基于通用化、模块化、标准化设计思想,采用PXI、LXI混合总线以及自动测试程序集(TPS)技术,设计研发了车载控制器综合试验台,并对多型车载控制器进行了功能、性能测试验证。验证结果表明,本试验台设计原理正确、运行稳定可靠、测试结果准确,满足高速磁浮列车车载控制器自动化测试的需要。     

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。     

基于虚拟样机的磁悬浮控制系统仿真

自从磁浮列车的概念诞生起，研究者们一直采用微分方程描述方法对系统进行研究。但是由于系统是多点耦合，并且严重非线性，这种传统的研究方法已经不能满足研究需要，磁浮列车的飞速发展迫切需要一种新的有效的研究手段。虚拟样机技术是近几年在国际上逐渐发展起来的，它利用三维实物图形建立模型，避免了描述微分方程的困难。文中利用AD—AMS虚拟样机软件组建详细的磁浮列车单个转向架三维模型，以垂向控制系统为研究对象进行虚拟样机仿真分析。最后给出了车辆慢慢悬浮和激励测试的仿真结果，这一结果与实验现象是一致的。该文将虚拟样机技术与磁浮列车系统技术研究有效地结合起来。     

A robust adaptive controller for constant turning force regulation

A robust adaptive controller for the constant turning force regulation problem under varying cutting conditions is presented. The control structure is an RST pole-placement controller based on a shaping method of the output sensitivity function proposed by Landau. The controller scheme is robust in the presence of cutting process nonlinearities and disturbances. The proposed adaptive scheme uses an estimation and controller algorithm including prior knowledge of the system. Simulations and experimental results obtained with an industrial lathe show the effectiveness of the proposed solution.     

磁悬浮列车的双环控制

为了增强控制系统对磁悬浮列车系统参数变化的适应性,将磁悬浮系统分为电流环和位置环进行控制.对于电流环系统,采用模型参考自适应控制方法进行控制,使得在电磁线圈参数变化的情况下,电流环的性能能够保持稳定,这样就将三阶非线性磁悬浮系统降阶为二阶系统;对于二阶系统,首先采用反馈线性化控制方法将系统线性化,然后采用PD控制算法进行控制,从而确保系统在不同工作点处的性能一致.仿真实验结果证明,该方法使磁悬浮列车的适应能力得到了明显的提高.     

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.     

高超声速飞行器非线性鲁棒控制律设计

高超声速飞行器具有模型非线性程度高、耦合程度强、参数不确定性大、抗干扰能力弱等特点,其自主控制具有较大的挑战.论文提出了一种基于鲁棒补偿技术和反馈线性化方法的非线性鲁棒控制方法.文中首先采用反馈线性化的方法对纵向模型进行输入输出线性化,实现速度和高度通道的解耦和非线性模型的线性化.针对得到的线性模型,设计包括标称控制器和鲁棒补偿器的线性控制器.基于极点配置原理,设计标称控制器使标称线性系统具有期望的输入输出特性,利用鲁棒补偿器来抑制参数不确定性和外界扰动对于闭环控制系统的影响.基于小增益定理,证明了闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪性能.相比于非线性回路成形控制方法,仿真结果表明了所设计非线性鲁棒控制算法的有效性和优越性.     

Periodically time-varying memory state-feedback controller synthesis for discrete-time linear systems

In this paper, we deal with discrete-time linear periodic/time-invariant systems with polytopic-type uncertainties and propose a new linear matrix inequality (LMI)-based method for robust state-feedback controller synthesis. In stark contrast with existing approaches that are confined to memoryless static controller synthesis, we explore dynamical controller synthesis and reveal a particular periodically time-varying memory state-feedback controller (PTVMSFC) structure that allows LMI-based synthesis. In the context of robust controller synthesis, we prove rigorously that the proposed design method encompasses the well-known extended-LMI-based static controller synthesis methods as particular cases. Through numerical experiments, we demonstrate that the suggested design method is indeed effective in achieving less conservative results, under both periodic and time-invariant settings. We finally derive a viable test to verify that the designed robust PTVMSFC is “exact” in the sense that it attains the best achievable robust performance. This exactness verification test works fine in practice, and we will show via a numerical example that exact robust control is indeed attained by designing PTVMSFCs, even for such a problem where the standard memoryless static state-feedback fails.     

Robust synthesis of active controller for thin plate systems with parameter uncertainties

A robust synthesis approach of active controller for thin plate systems with parameter uncertainties is developed in this paper. Based on the active vibration control design, the variable parameter feedback control is adopted for controller synthesis, and the robustness of the controller can be improved greatly by introducing an adjustable parameter r in the control law. The interval of r is derived using δ-stability analysis and robust eigenvalue assignment. An example that illustrates the synthesis of a robust active controller for a four-edge clamped thin plate is presented.