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LESO的MMC-RPC反馈线性化直接功率控制

模块化多电平铁路功率调节器作为一个耦合的多变量非线性系统, 传统PI控制的直接功率控制难以实现 对系统的精确解耦. 本文提出了一种基于线性扩张状态观测器的反馈线性化直接功率控制方法, 根据Lie导数构建 了模块化多电平铁路功率调节器(MMC-RPC)两输入/两输出功率仿射模型, 设计了精确反馈线性化功率解耦控制 器. 针对不确定因素等扰动对精确反馈线性化控制效果的影响, 设计了线性扩张状态观测器对扰动进行观测和补 偿, 实现了功率的精确跟踪控制. 最后, 通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型对所提控制方法进行了验证.     

单磁悬浮系统的纵向解耦控制研究

磁悬浮系统是复杂的强耦合系统,研究中未充分考虑轨道的弹性形变,会造成磁浮列车和轨道之间产生耦合振动的现象,而考虑这一因素对系统的影响无疑增加了研究的难度;为了便于问题的求解,采用非线性系统理论解耦的方法,对单电磁铁悬浮系统进行纵向解耦控制,并对解耦后的子系统进行极点配置使其满足要求的性能指标;仿真结果表明该方法有效地使复杂问题简单化,并且能够实现系统的全局稳定和良好的动态性能.     

基于精确线性化的MIMO双线性系统预测函数控制

针对典型多输入多输出双线性系统, 提出了基于非线性过程精确反馈解耦线性化的预测函数控制方法这是一种分层的控制策略, 首先设计一个静态的非线性状态反馈, 使得闭环系统是输入输出解耦和线性的;然后设计一组单输入单输出预测函数控制器, 下层为上层预测函数控制提供一组单输入单输出模型, 而上层预测函数控制以其固有的鲁棒性来补偿参数变化和解耦线性化的近似性, 并以纸机加压网前箱为例进行了仿真实验, 结果是令人满意的.     

五自由度无轴承异步电机[[alpha]]阶逆系统解耦控制

五自由度无轴承异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂控制对象，要实现电机转子稳定悬浮和运行，必须对电机转矩力和悬浮力进行动态解耦控制.本文应用多变量非线性[[alpha]]阶逆系统方法，对这个复杂控制系统进行动态解耦控制研究.首先介绍了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承异步电机径向力产生机理，并给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承异步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，然后分析了基于阶逆系统理论解耦控制的可行性，应用状态反馈线性化方法，将原复杂系统解耦并线性化，最后采用线性系统理论进行了综合和仿真.仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承异步电机转矩力与悬浮力之间的动态解耦，系统具有良好的动、静态性能.     

神经网络在感应电动机调速系统中的应用研究

研究感应电动机凋速系统解耦控制问题.感应电动机调速系统是一个非线性、多变量和强耦合控制对象,传统的线性方法无法找到合适的描述模型,导致解耦控制性能相当的差.在体现适应性、实时性和鲁棒性的问题上,为了提高感应电动机调速系统解耦控制性能,将逆系统方法与神经网络相结合,提出了一种基于神经网络逆系统的感应电动机调速解耦控制方法.首先根据感应电动机调速系统的特点,建立合适的数学模型,并进行伪线性系统构造;然后采用神经网络对逆系统模型进行辨识,通过神经网络自学习实现高性能解耦控制;最后在matlab平台下进行了仿真和对比实验.实验结果表明,方法能很好实现解耦控制,使传统解耦控制方法的缺陷得到克服,具有较强适应性和鲁棒性.     

磁浮列车悬浮系统的神经网络建模研究

磁浮列车的悬浮系统是一个典型的非线性系统,其精确数学模型的建立非常困难。目前使用的系统模型大多是经过简化的近似线性化动力学模型,这样的模型在悬浮系统的研究中只起到方向上的指导作用,在工程实践中获取控制对象的精确模型具有重要的意义。神经网络不仅能够逼近复杂的非线性静态映射关系,同时也可以用于动态系统的特性学习,这里采用神经网络来建立悬浮系统的精确模型。文中简述了磁浮列车悬浮系统的基本结构和原理。讨论了非线性动态系统神经网络建模的一般方法。采用了输出反馈型的多层前向神经网络对悬浮系统进行了建模。并使用悬浮系统的输入输出数据对神经网络模型进行了训练和仿真,验证了该建模方法的可行性。     

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.     

非线性系统的微分几何方法在交流传动控制中的应用

本文采用非线性系统的微分几何方法实现交流异步电动机的解耦控制和完全线性化,为交流传动系统提出了一种新的控制方法.     

EMS型磁浮列车模块的基于逆系统的解耦控制

针对EMS型中低速磁浮列车的模块内部两个悬浮端点之间的耦合问题,本文采用基于逆系统的解耦方法,把悬浮模块系统解耦为两个独立的单输入单输出线性系统,并用线性系统理论的状态反馈方法为这两个线性系统配置极点,使它们按照预期的性能指标稳定.最后对整个控制系统进行了仿真研究和实验研究.仿真和实验结果表明,本文设计的解耦控制器能很好的抑制模块内部的耦合,能提高模块的悬浮控制性能.     

磁浮系统车轨解耦控制研究

为实现弹性轨道磁浮系统的车轨耦合振动问题,寻求解耦控制规律,尝试了坐标变换解耦和反馈解耦两种解耦方法。通过计算车轨耦合五阶模型的李代数,得到了李代数满秩的结论,表明五阶模型是一个车轨强耦合的系统,仅通过坐标变换系统无法解耦。根据建立刚性和弹性轨道磁浮系统模型,经过对比分析,设计了改进的双环PID算法,通过反馈合适的状态变量,能够对车轨耦合振动系统顺利解耦,实现稳定控制。考虑到实际情况,对反馈所需的状态信号的获取也进行了具体的分析。     

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.     

EMS型磁悬浮列车模块悬浮系统的模型参考自适应控制

模块是EMS型磁悬浮列车的基本功能单元,常用的悬浮控制方法是将其两端等效为两个完全独立的对象分别设计控制器。实际上模块两端的运动状态是互相耦合的,独立设计的控制器很难解决彼此之间的状态耦合。本文针对这种耦合情况,将模块视为一个刚体对象,采用反馈线性化方法实现模块运动的电气解耦,并针对模型的不确定性设计了模块悬浮系统的模型参考自适应控制器。仿真结果表明,该自适应控制器有效地解决耦合问题,提高悬浮系统的性能。     

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。     

高速磁浮列车悬浮气隙测量系统的设计

针对长定子直线同步电机驱动的高速磁浮列车,提出了采用特定的立体探头线圈来减弱定子轨道齿槽结构的影响,同时,抑制外界磁场干扰,以实现准确测量悬浮气隙。阐述了基于电感式传感器和现场可编程门阵列(FPGA)信号处理的悬浮间隙测量系统的硬件结构、工作原理及其信号处理方法。试验证明:该设计是可行的,能够满足高速磁浮列车控制系统的要求。     

基于编织算法的复线高速磁浮列车运行图铺画方法

根据高速磁浮线路结构和运行控制系统的特点,建立了复线高速磁浮列车运行图编制模型,设计了编织算法对模型进行求解。该算法严格按照列车在各车站的发车时间顺序,对上、下行列车运行线如同“织毛衣”般交叉铺画,在遇到列车冲突时通过更改列车路由和增加发车间隔等方法予以及时化解,逐步得到整体优化的列车运行图。算例分析表明,该方法优化速度快,能够有效地进行高速磁浮列车运行图的铺画。     

基于磁悬浮列车的运行图编制算法

分析了轮轨列车与磁悬浮列车运行控制系统的差异,在参考轮轨列车运行图编制系统的基础上,提出了基于磁悬浮列车的运行图编制约束模型和编制算法。通过构建列车运行“位置—时间”矩阵检测列车运行冲突,并利用迭代修复算法消除冲突,最终得到可行的列车运行图。算例表明,该算法能有效地解决磁悬浮列车运行图编制方案,算法具有很好的有效性和实用性。     

磁悬浮系统车轨耦合振动研究

该文首先建立磁悬浮列车系统的车轨耦合模型,为了确保系统的全局稳定,利用状态反馈方法对磁悬浮非线性系统进行精确反馈线性化。分析了在常规反馈控制规律下,磁悬浮列车系统产生车轨耦合振动的原因。由于系统可控,如果对系统采用全状态反馈控制,可以将系统极点设置在任意位置。该文从实际的实验角度出发,考虑到并不是所有的磁悬浮系统的状态都可以获取,因此只能在常规控制规律基础上引入电磁铁的垂向速度作为控制量,实验证明：这一做法对磁悬浮系统的车轨耦合振动起到了很好的抑制作用。最后仿真说明了该文提出的控制方法对抑制磁悬浮系统车轨耦合振动的有效性。     

弹性轨道上的磁悬浮系统控制方法研究

为了解决磁悬浮列车系统的车轨耦合振动问题,建立了磁悬浮系统的车轨模型,将非线性磁悬浮系统进行了反馈线性化。以线性化之后的系统为研究对象,分析了常规的状态反馈控制方法容易引起车轨耦合振动的原因,提出了一种抑制磁悬浮系统车轨耦合振动的方法,有效地抑制了磁悬浮列车的车轨耦合振动。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于CAN的磁浮列车车载诊断网络系统的设计

以上海磁浮运营示范线的德国高速磁悬浮列车为背景,以磁悬浮列车的国产化为目的;简要介绍了基于CAN的磁浮列车车载诊断网络系统;为了确保高速磁浮列车可靠的运行,设计了基于CAN的车载诊断网络系统,它是对车载设备诊断信息进行采集、分析并诊断,形成各车载设备的详细诊断信息,而这些诊断信息可以提供给列车驾驶员和地面控制中心进行参考,实时了解磁浮列车的状态;介绍了CAN总线技术及其特点,以及车载诊断网络系统的基本结构和诊断功能。