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。     

基于反馈线性化的磁悬浮控制器设计

对于磁悬浮模型的稳定控制,工程上常用的方法是将非线性磁悬浮模型在工作点附近进行泰勒展开,忽略高阶项以后,得到线性化模型,但这会影响到系统的稳定.本文建立了磁悬浮系统的动态模型,并采用状态反馈精确线性方法对其进行线性处理.设计了以电流作为输入控制量的闭环控制器,并通过Matlab仿真实验,证明了该方案的可行性、实用性.     

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。     

基于谐波线性化的滞环电流优化控制

滞环控制的PWM变换器是强非线性环节,难以通过优化控制和常规线性化处理来提高电流控制质量.为此,分析了滞环电流控制原理、谐波线性化方法及系统稳定性,得到了滞环电流控制传递函数模型,时滞和环宽与其他参数的一般关系以及系统自振荡频率的计算方法.根据滞环电流控制的特点,提出了将谐波线性化方法与ITAE优化控制律相结合的方法,以实现对PWM变换器的优化控制.Matlab仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

基于模糊PID的磁悬浮球控制系统研究

针对磁悬浮球系统的本质不稳定性,设计模糊PID算法实现系统的稳定控制,并使之动态性能及稳态性能满足要求;文中首先分析了磁悬浮球系统的基本原理,并进行力学分析,建立系统的数学模型,并对其中的非线性部分进行了平衡点处的线性化,而后采用用PID控制设计,PID可以实现系统的稳定控制,且控制精度较高,但对于动态性能的改善不足,且当模型中的参数改变时,PID参数的适应性较差;因此在PID参数的基础上,采用模糊PID控制,使得系统既可以满足三性要求,又可以使其具有参数变化的适应能力。     

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。     

基于粒子群算法的磁悬浮列车控制参数优化

磁浮列车的悬浮控制参数对控制系统带宽、阻尼等指标有重要影响.针对磁悬浮列车悬浮控制系统对轨道梁低频跟踪、高频抗干扰的控制需求,提出了基于改进粒子群算法的磁悬浮控制参数优化方法.首先根据轨道梁不平顺特性以及悬浮控制要求,确定等效的理想二阶系统,然后利用改进的粒子群算法,优化悬浮控制参数,在系统稳定的边界条件下,对磁悬浮控制系统模型的奈奎斯特曲线、带宽等性能指标进行拟合,从而使系统的频域、时域指标与理想系统接近.最后利用半实物仿真设备搭建硬件在环的试验系统,进行磁悬浮控制系统的HIL验证,试验结果表明了上述方法的有效性.     

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.     

基于自适应滑模电流控制算法的仿真研究

针对永磁同步直线电机具有的非线性,扰动敏感的特点,提出基于自适应滑模电流控制算法的滑模控制.通过在电流环引入自适应律,进行在线估计系统内部参数摄动以及模型不确定性扰动,来改善永磁同步直线电机驱动系统中的电流环响应速度、追踪性能,并将正弦饱和函数代替常规sign函数,来削弱系统抖振,提高系统的鲁棒性和稳定性.同时设计二阶扩张观测器预测系统的负载扰动,二阶扩张观测器中利用提出的新型sigfal函数,改善了传统扩张观测器的预测精度和稳定性,然后将预测值前馈到电流环对其进行补偿,来减小滑模控制增益.仿真结果证明,所提出的方法可以提高永磁同步直线电机驱动系统的抗干扰性和动态响应性能.     

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.     

基于模糊控制的线性最优励磁控制系统权矩阵的优化选取

传统线性最优励磁控制系统的加权矩阵,通常是根据正常运行工况下系统对状态变量的约束程度选取的,因此在平衡点附近控制系统具有较好的动态品质,而当系统受到的扰动过大或者过小时,调节性能会变差.模糊控制器可以跟踪系统运行工况,依据在线插值法所细化的规则库输出目标反馈增益矩阵,进而利用灵敏度分析综合考虑目标反馈增益的物理可实现性与权值对动态性能的影响,通过迭代求出优化权矩阵.仿真结果表明基于模糊控制的权矩阵优化选取,使线性最优励磁控制系统表现出更加优良的动态品质.     

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。     

磁悬浮球系统的非线性自适应控制方法

针对磁悬浮球系统被控对象变化时控制器自适应问题,提出了一种反馈线性化和在线参数辨识相结合的非线性自适应控制方法。基于状态反馈精确线性化方法建立磁悬浮球系统的数学模型,通过状态反馈设计了一种非线性控制器,并给出了控制器参数的在线辨识方法。MATLAB平台上在线实验结果表明,与反演滑模自适应控制方法相比,提出的方法无须在平衡位置近似线性化,可以在平衡位置实现对不同对象的自适应控制,且具有理想的稳态调节性能。     

电涡流传感器在混合悬浮控制器中的应用

位移信号传感器作为磁悬浮系统的一个信号采样装置,用来检测悬浮磁铁的位移信号,并将该信号传送给控制器,作为控制器进行控制和调节的参考信号,位移传感器工作性能的好坏将决定着整个控制系统能否正常工作。介绍了电涡流传感器的工作原理、结构及其在混合悬浮控制器中的应用。实验结果表明：电涡流传感器应用于混合悬浮控制器中,灵敏度高,结构简单,抗干扰能力强,为进一步提高混合悬浮控制系统的精度给出了新的途径。     

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.     

Robust control of a distillation column by the method of inequalities

The method of inequalities is applied to design a robust PI controller for the control of distillate composition using the reflux flow as the manipulated variable. The controller design method takes into account wide variations in k,τ and τ_D of the first order plus the delay transfer function of the process. The performance of the controlled system is evaluated for different levels and changes in direction of set point changes on the linear and also on the original non-linear model equations. The performance of the proposed controller is compared with that of a controller with Zieglar-Nichols (Z-N) settings based on a nominal operating point. The closed loop system becomes unstable at other operating points for the Z-N method whereas the present controller gives good response for wide operating points.     

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。