磁悬浮系统的双环自适应控制器设计与仿真

研究了基于机械和电气两种结构的磁悬浮系统的自适应控制方案，实现了双环磁悬浮控制系统的稳定悬浮。根据电磁铁动力学方程和电磁线圈的电压平衡方程，建立了磁悬浮系统基本模型。对系统中的电气部分和机械部分采用不同的控制方法：电气部分采用模型参考自适应控制的方法，加快电流上升的速度，使电流环性能达到设定指标；机械部分简化模型建立在电气自适应控制的基础上，针对系统参数的慢变特点而采用自校正控制方法，给出了能够自动跟踪系统参数，尤其是悬浮质量变化的稳定悬浮自适应控制算法。仿真和实验结果均证明这种控制方法能够使电流环快速跟踪给定信号，保证此悬浮系统能够很好地适应悬浮质量发生突变的情况，具有一定的实用价值。     

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.     

磁悬浮轴承开关功率放大器及其电流控制策略优化研究

为优化磁悬浮轴承系统的响应速度及系统稳定性,文章通过分析磁悬浮轴承开关功率放大器性能特点,提出了一种五轴共桥臂拓扑结构,其具有器件少、损耗小等应用优势;同时在分析磁浮轴承控制系统传递函数的基础上,推导出了使系统稳定的电流环带宽、系统阻尼与系统刚度的限制条件,并设计了一种基于模型预测的电流控制策略,其能显著提高电流环的响...     

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.     

磁悬浮系统的硬件电路设计

以五自由度的磁悬浮转台为研究对象,介绍了磁悬浮转台的硬件电路组成.针对磁悬浮系统的开环不稳定和强烈非线性的特点,采用普通PC机作为数字控制器的磁悬浮转台系统,要求执行机构能够获得大功率和大电流的控制信号,设计了位移测量电路、功率放大电路、内环控制电路和保护电路.通过反复实验调试,结果表明该设计满足五自由度磁悬浮转台系统对硬件设计性能指标的要求.     

磁悬浮系统的硬件电路设计

以五自由度的磁悬浮转台为研究对象，介绍了磁悬浮转台的硬件电路组成。针对磁悬浮系统的开环不稳定和强烈非线性的特点，采用普通PC机作为数字控制器的磁悬浮转台系统，要求执行机构能够获得大功率和大电流的控制信号，设计了位移测量电路、功率放大电路、内环控制电路和保护电路。通过反复实验调试，结果表明该设计满足五自由度磁悬浮转台系统对硬件设计性能指标的要求.     

基于超稳定性的混合磁浮系统控制器设计

针对电磁永磁混合型EMS磁浮列车悬浮控制中因参数摄动引起的不确定性问题,以POPOV超稳定理论为基础设计了模型参考自适应悬浮控制器。根据系统非线性模型和悬浮控制的性能指标要求确定了系统的参考模型。为了满足POPOV定理的条件,设计了前向补偿器,得到了比例积分自适应律。结合混合系统实际的控制特点对自适应律进行了简化并分析了其稳定性。仿真与实验结果表明,采用自适应机制后,系统的动态响应过程平稳,在间隙阶跃时表现出稳健性,从而能改善磁悬浮系统的性能。     

纳米精密磁悬浮二维定位平台的研究

对纳米超精密磁悬浮二维定位平台进行了研究,平台采用共平面结构设计模式、磁悬浮驱动方式。在分析了永磁阵列长度、线圈电流和悬浮位移对悬浮稳定性的影响的基础上,确定了精密磁悬浮二维定位平台的主要参数,并进行了动态响应仿真,仿真结果表明所提出的设计方案能满足系统精密定位要求。     

永磁同步电机滑模自适应控制

在永磁同步电动机速度控制过程中,外界干扰、参数变化、系统模型不精确等给系统控制精度带来很大影响。电机控制系统采用电流环、速度环双闭环控制。电流环采用SVPWM调制的矢量控制;速度环采用滑模自适应控制,滑模控制对外界干扰、参数变化等不敏感,结合自适应控制可削弱滑模控制产生的抖振。然后利用MATLAB平台对系统进行仿真,仿真结果显示,采用滑模自适应控制的电机启动时转速和电流超调量小、并能快速达到稳定运行状态;在外加干扰时系统转速和电流有微小波动,但能快速恢复到稳定运行状态。与简单的滑模控制相比,滑模自适应控制器不仅响应速度快、超调小,并且克服了抖振、具有较好的稳态精度和动态性能。     

磁悬浮系统的非线性控制

针对普通线性化控制方法不能满足磁悬浮系统的全局稳定的问题,研究了基于非线性磁悬浮系统模型的精确反馈线性化控制算法设计方法。建立了磁悬浮系统非线性模型,利用状态反馈将系统精确线性化,然后通过极点配置,按照动态性能设计指标计算出控制参数,得到符合工程实践要求的反馈算法。仿真和实验证明了这种控制方法能够保证磁悬浮控制系统的动态特性。同时具有较好的抗干扰能力。     

自适应模糊多环控制在惯导平台稳定回路中的应用

稳定回路控制是决定平台导航系统精度的关键因素之一.传统的校正控制动态性能和抗干扰性能较差,而模糊控制具有稳态误差,因此单一的控制往往很难实现更高精度的导航.为了得到较好的导航精度,以某惯导平台为研究对象,在传统单闭环回路的基础上,引入电流环和速率环,并加入模糊控制,形成复合三环控制,同时针对复合控制切换抖动的问题,设计了基于模糊控制的自适应调节机构.仿真结果表明,采用自适应模糊多环控制,不仅消除了系统控制切换产生的抖动以及模糊控制带来的稳态误差,而且有效改善了控制系统的动态性能.     

基于特征建模的连续体机械臂自适应鲁棒控制技术研究

针对连续体机械臂动力学建模困难,控制难度大的问题,使用特征建模的方法,用简化等价的特征模型设计了自适应鲁棒控制器。首先,通过对机械臂系统进行分析,使用特征建模得到等价的动力学模型,然后采用递推最小二乘法进行参数辨识,得到该特征模型的特征参数,最后,利用模型与辨识得到的参数设计了一种结合滑模控制的自适应控制器。通过仿真实验对本文方法与传统PID方法进行对比,仿真结果表明,本文的方法对于末端角度控制的跟踪精度高,同时对于末端扰动有着良好的自适应能力和鲁棒性。     

高空螺旋桨驱动电机控制系统的仿真研究

螺旋桨的负载特性不仅与飞行器的飞行高度相关,还与其驱动电机的转速呈现非线性关系,若驱动电机采用传统的PID控制方法,较难取得理想的控制效果.为了解决这一问题,在分析了驱动电机的数学模型和螺旋桨负载特性的基础上,设计了一种模糊自适应PID控制方法.并在Matlab/Simulink中建立了控制系统的仿真模型,进行了仿真实验.实验结果表明,模糊自适应PID控制方法动静态品质良好、鲁棒性强,控制效果明显优于传统的PID控制器.     

磁浮交通轨排耦合自激振动分析及自适应控制方法

本文针对中低速磁浮交通的轨排自激振动问题, 首先建立了包括轨枕、导轨在内的多跨磁浮轨排动力学模型, 通过理论方法分析轨排的模态振型、频率等关键参数. 其次, 建立了包含一体化电磁铁的悬浮模块的动力学模型, 并与轨排模型结合建立轨排 ? 悬浮模块耦合模型, 分析了耦合系统失稳发生自激振动的原因. 提出了一种带辨识器的自适应振动控制方法, 能够实时辨识轨排的主要动力学参数, 并由此产生自适应振动控制律.相比现有的轨排振动控制方法, 该方法具有更好的稳定性和环境适应性.     

一类不确定非线性系统基于特征模型的复合自适应控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,提出一种基于特征模型的复合自适应控制方法.该方法的创新性在于基于系统的误差特征模型,构建一种综合跟踪控制误差和模型估计误差的特征参量复合自适应律,该自适应律用于控制器设计和分析,可同时实现跟踪控制误差和模型估计误差的收敛.此外,为便于特征参量自适应律的设计和分析,根据特征参量的慢时变特性,将其视为未知标称常数项和时变误差项之和,并且选用其中常数项的估计量作为自适应控制参数.进一步,为抑制特征参量中时变误差项对系统稳定性和模型估计误差收敛性的影响,在控制器及复合自适应律设计中引入带饱和函数的非线性环节.理论分析证明闭环控制系统稳定,且跟踪控制误差和模型估计误差收敛到原点的一个邻域内.仿真结果表明,与现有仅根据模型估计误差调节的基于特征模型的自适应控制方法相比,所提出的复合自适应控制方法具有更好的控制性能.     

基于自适应Smith预估的链条锅炉蒸汽压力控制系统

针对某厂两台10T/h链条锅炉的特性,设计了基于自适应Smith预估补偿控制算法的锅炉蒸汽压力控制系统.应用该系统后,较好地克服了系统存在的时延,改善了动态性能.     

具有输入饱和的电液伺服位置系统自适应动态面控制

针对具有非线性、参数不确定性及输入饱和问题的电液伺服位置系统,提出了一种自适应动态面控制器的设计方法.该方法充分考虑饱和特性,利用双曲正切函数和辅助控制信号对系统非线性模型进行等价变换,进而采用动态面方法设计抗饱和控制器.设计过程中引入Nussbaum函数,以补偿输入饱和引起的非线性项.通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统的所有信号一致最终有界.仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的跟踪效果,并有效地削弱了输入饱和对系统造成的不良影响.     

柔性机械臂运动轨迹的鲁棒自适应控制

本文针对多连杆柔性机械臂的运动轨迹问题，讨论了动力学建模，控制系统结构设计以及鲁棒自适应控制法，运用假设模记方法得到了柔性机械臂动力学所似方程，通过对柔性机械臂动力学特性分析，建立了等价动力学模型，依此提出了一种鲁棒自适应控制算法，并给出仿真研究结果。