磁悬浮系统的降阶自适应控制

在磁悬浮系统的模型参数变化的情况下,为了保证系统的动态性能保持不变,设计了降阶自适应控制方法。根据电磁铁动力学和电磁线圈的电压平衡方程,建立磁悬浮系统基本模型。采用电流环校正方法,将电流环时间常数尽量减小,使其在低频信号段可等效为普通比例环节。在此基础上,采用自适应控制算法,使闭环系统的动态性能满足要求。仿真和试验均证明该方法不但能够满足系统的动态特性要求,而且能够满足系统的实时性要求。     

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.     

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.     

3 DoF模块化机械臂轨迹跟踪策略

针对具有外部扰动和系统参数不确定的机械臂轨迹跟踪控制问题,提出了一种改进的自适应神经网络滑模跟踪控制方法.首先建立了三自由度(DoF)机械臂动力学模型,分别采用计算力矩法和基于改进趋近律的神经滑模控制法控制其名义部分和非名义部分.所提方法结合了径向基函数(RBF)神经网络与基于趋近律的滑模控制,使控制系统自适应地补偿机...     

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HOPF分岔自适应控制研究

磁悬浮固有系统是非线性的,也是本质不稳定的,其稳定性设计比较复杂,特别是在受到较大干扰和对象参数发生较大变化时,系统容易失去稳定并发散.理论分析与试验表明,这种现象的数学解释就是系统出现了HOPF分岔.为此,本文提出了一种用HOPF分岔规律调整非线性系统PID控制器参数的自适应设计方法,通过辨识干扰或者对象参数的变化,自动调整控制参数,使闭环系统远离HOPF分岔点,从而继续保持稳定.以悬浮质量突变为例的仿真表明,由此整定悬浮控制比例增益参数,可使磁悬浮系统获得较大的状态稳定范围,并有效回避自激振动.     

一类空间机械壁的复合自适应控制

对于本体资态受控而位置不受控的空间机械臂系统,其自适应控制通常是从跟踪误差中获得有关参数信息,但除了跟踪误差外,估计中也含有参数信息。本文首先分析了一类空间机械臂系统的动力学特性,建立了系统的估计模型,并且提出了一种复合自适应控制方法,其参数适应由估计误差和跟踪误差共同;证明了这种自适应方法不仅可维持自适应控制系统的全局稳定,而且还可快速收敛和减小跟踪误差,仿真结果也验证了这一特点。     

磁悬浮系统的精确积分流形控制设计

基于非性磁悬浮系统的奇异摄动特点,研究了一种精确几何积分流形控制方法,使磁悬浮系统的稳态流形能够无误差地跟踪给定设计流形。将复杂奇异摄动磁悬浮系统按照不同时间尺度分解为降阶系统和边界层,以线性降阶系统设计流形为例,推算出稳定慢控制的具体形式并说明参数稳定范围,结合稳定边界层的快控制,最终推算出磁悬浮系统的复合控制规律。仿真和实验均证明该控制算法能够保证降价系统的流形无误差地跟踪给定的设计流形。利用该算法能够使磁悬浮系统无误差地跟踪任意给定的设计流形,从而提高磁悬浮系统的动态特性。输出流形与设计流形的一致性还可以用来简化系统模型,降低磁悬浮车辆系统动力学分析的复杂程度。     

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。     

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。     

磁悬浮系统的两种线性化控制方法

本文首先利用动力学和电磁学方法建立了磁悬浮系统的模型 ,然后给出了直接反馈线性化方法的控制器设计 ,接着给出了基于平衡点展开的控制器设计 ,最后将两种控制方法的性能做了仿真比较 ,得出了两种方法的优劣结论。     

带闭合无源线圈的单铁悬浮系统性能研究

减小系统超调是控制系统设计的目标之一.通过调节控制参数,可以减小超调.在电磁铁加入无源线圈,悬浮间隙变化使无源线圈产生感应电流,该感应电流是否能够阻碍稳定悬浮状态下间隙变化的趋势,增大系统阻尼,达到减小超调的效果?文中研究了加入闭合无源线圈对单铁悬浮系统动态性能的影响.根据实际系统,建立以磁感应强度为状态变量的单铁悬浮模型,计算结果表明感应电流响应控制电流的变化,阻碍了控制系统对悬浮体的调节,无法起到增加阻尼的作用.利用Simulink仿真得到悬浮体运动过程中间隙、磁通、电流及能量的变化情况,对仿真结果的分析证明了数学模型的有效性.     

直线同步电动机磁悬浮系统的自适应模糊滑模控制

提出一种自适应模糊滑模控制方法用以提高可控励磁直线同步电动机(controllable excitation linear synchronous motor,CELSM)磁悬浮控制系统的性能.根据CELSM的特定结构和运行机理,建立CELSM磁悬浮系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程;设计积...     

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.     

基于MATLAR的磁悬浮球系统PID控制器设计与实现

介绍了磁悬浮球系统的结构和工作原理,建立了磁悬浮系统的数学模型并进行线性化处理;设计PID控制器,在Simulink环境下搭建控制系统的模型进行仿真研究,并在固高GML1001系列磁悬浮装置上进行实时控制实验。实验结果表明,采用PID控制,能使钢球快速地悬浮在期望位置,并且有一定的抗干扰能力。     

磁轴承变饱和柔性变结构控制

采用磁轴承取代传统机械轴承,可消除飞轮储能装置机械摩擦,提高转子临界转速.针对磁轴承控制系统响应快、运行稳定的要求,设计了一种变饱和柔性变结构控制器.根据磁轴承的基本结构与悬浮力模型,建立了系统的状态方程;通过有限元仿真,分析了磁轴承耦合性,确定了系统基本控制方案;将柔性变结构和变饱和项结合,当系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节.仿真与实验结果表明,变饱和柔性变结构控制满足实时控制的要求,磁轴承控制系统具有较快的响应速度和较高的运行稳定性.     

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.     

Adaptive Control of Partially Known Systems and Application To Active Suspensions

In this paper, an adaptive control method is proposed for systems whose structures can be divided into a known part and an unknown part. A non‐adaptive control design, such as H∞ control design can be introduced into the known part of the system, and adaptive control can cope with the unknown part to realize the property designed by non‐adaptive control. This is achieved by means of backstepping. This method is applied to the control design of an active suspension system for a railway vehicle, which is divided into two parts: a main car body part and an actuator part. Some simulation results of the control system designed using H∞ control for the body part and adaptive control for the actuator part are provided.     

Predictive Functional Control Based on Fuzzy Model: Comparison with Linear Predictive Functional Control and PID Control

The implementation of the fuzzy predictive functional control (FPFC) on the magnetic suspension system is presented in the paper. The magnetic suspension system was in our case the pilot plant for magnetic bearing and is an open-loop unstable process, therefore a lead compensator was used to stabilize it. The high quality control requirements were a-periodical step response and zero steady-state error. Adding the integrator to a feedback causes overshoot. The solution to the problem was cascade control with fuzzy predictive functional controller in the outer loop. To cope with the unknown model parameters and the nonlinear nature of the magnetic system, a fuzzy identification based on FNARX model was used. After successful validation the obtained fuzzy model was used for controller design. The FPFC is compared with a cascade linear predictive functional control (PFC) and PID control. The results we obtained with the FPFC are very promising and hardly comparable with conventional control techniques.