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。     

高动态临近空间飞行器的姿态自适应解耦控制

研究飞行器空间动态特性优化控制问题,高动态临近空间飞行器的姿态运动模型是一个多变量非线性时变不确定系统,由于小扰动线性化理论和系数冻结基本假设的传统三通道独立综合(设计)方法已很难适用。针对多变量非线性时变不确定系统对象的非线性设计方法来解决控制问题。提出了一种神经网络自适应反馈线性化方法,用FCMAC神经网络估计实际模型和标称模型间精确线化反馈阵的误差,修正实际系统的反馈线性化模型,有效克服了反馈线性化需要被控对象精确建模的局限性,实现了高马赫、大空域、快角度机动条件下的姿态解耦控制,并进行仿真。仿真结果表明:解耦控制系统在气动拉偏30%下超调小于7%,通道间交叉耦合小于1°,能够满足对象的控制要求。     

三相电压型逆变器的一种非线性复合控制策略研究

为了减少在三相电压型逆变器系统中应用精确线性化时选择反馈增益矩阵参数的随机性,提出将精确线性化方法和反步法结合起来应用于此系统中.首先根据非线性微分几何理论,验证了该系统仿射非线性模型满足2输入2输出系统精确线性化的条件.经过非线性坐标变换得到系统的参数严格反馈形式模型,再根据反步法的设计步骤,逐步设计虚拟控制相量和中间控制相量,使系统的状态分量具有渐近稳定性,从而得到原非线性系统的控制模型.最后通过实验验证了该复合控制策略的可行性.     

磁悬浮系统的非线性控制

本文主要针对普通线性化控制方法的不足,为了使控制系统满足全局稳定。建立磁悬浮系统非线性模型,利用状态反馈法将系统线性化,然后按照设计指标计算出控制算法,最后进行仿真和试验验证,得出了必要的结论。     

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.     

基于反馈线性化的TCSC滑模控制

针对含可控串联补偿(Thyristor Controlled Series Compensation,TCSC)的电力系统非线性强及易受外部扰动的特点,应用反馈线性化方法和滑模变结构控制理论,设计了提高系统稳定性的可控串联补偿滑模控制器。通过引入反馈控制变量,基于状态反馈线性化理论实现了对非线性模型的精确线性化。采用极点配置方法设计滑模切换函数,从理论上保证发电机转子方程具有期望的极点。为了减小抖振采用指数趋近律和准滑动模态方法求取滑模控制律,使得设计的可控串联补偿非线性控制律形式简洁,鲁棒性好。为了验证该控制策略的有效性,在Matlab/Simulink环境下建立了基于反馈线性化的可控串联补偿滑模控制系统仿真模型,进行了仿真研究。仿真结果表明,与传统的控制方式相比,设计的控制器能有效地阻尼系统振荡,增强系统的暂态稳定性。     

三自由度直升机模型跟踪控制

针对三自由度直升机模型中存在的轴间强耦合和非线性的特性,采用系统分解与输入-状态反馈的线性化方法,对非线性耦合模型进行精确线性化处理,实现了系统解耦与线性化,并简化了控制器设计结构.首先应用拉格朗日方法对系统进行力学仿真分析.通过建立直升机的精确模型,将模型分解为两个子系统,利用状态线性化,得到简单的线性系统.分别采用无静差跟踪方法与伺服控制方法设计子系统控制器,改善了系统性能,实现了对参考输入的无静差跟踪.仿真表明,方法提高了系统稳定性,轨迹跟踪效果好.     

基于Lie理论的倒立摆系统的控制算法研究

该文通过能量反馈和最优控制相结合的方法实现倒立摆系统的自摆起和稳定控制。在摆起阶段采用能量反馈方法实现快速摆起，而在平衡稳定控制阶段，采用一种非线性系统微分几何方法一李理论，对倒立摆系统进行近似线性化，此种线性化方法使模型更多包含原系统主要的非线性部分，更能逼近实际系统，针对采用李理论得到的近似线性化模型，对倒立摆系统进行最优稳定控制设计。仿真和实时控制试验结果表明，文中提出的李理论近似模型线性化方法对于控制器设计结果是有效的，而且采用的能量反馈和最优控制相结合的联合控制策略能够成功实现倒立摆系统的自摆起和稳定控制过程。     

磁悬浮系统的加速度计反馈控制算法

设计了一种基于加速度计信号改善磁浮列车悬浮性能的控制算法.将固定在电磁铁上的加速度计的输出直接引入反馈控制最,使得悬浮控制系统在不同轨道曲线段上具有相同的表达式,从而使反馈线性化算法得以应用;利用离散跟踪一微分器,从测量到的间隙信号提取其一阶、二阶微分,使实际控制算法得以实现.仿真计算表明,该算法消除了列车进、出竖曲线的冲击,提高了悬浮性能.     

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。     

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.     

磁悬浮球控制系统的设计研究

为了更好地研究磁悬浮技术,根据电磁学理论,对磁悬浮球控制系统的原理进行了分析,建立了控制系统的数学模型,进行了控制系统的稳定性分析;针对磁悬浮球控制系统的滞后特性,提出了PD超前补偿控制方法,组成了闭环反馈控制系统,并在MATLAB下进行了控制系统的软件仿真;在此基础上,根据电子学和自动控制理论,设计了一个基于PD控制器的磁悬浮球控制系统,实现了钢球的稳定悬浮;控制系统的电路部分完全由模拟电子电路实现,既简单又实用.     

容许间隙传感器温漂的磁浮系统控制律重构

对剐性轨道磁浮系统模型,分析了双环PID控制律作用下,间隙信号温漂条件下系统的稳定性和动态性能,把非线性系统在平衡点线性化,利用劳斯判据得到了系统仍然能稳定,但动态性能变差加剧车轨的耦合振动。为解决高速磁浮列车间隙传感器的温漂问题,重新选择状态变量,利用输入反馈线性化的方法,设计了新控制器。在新控制输入作用下,使系统能够适应悬浮间隙的变化,进而能够顺利解决间隙传感器的温漂问题,并且系统的动态性能几乎保持不变。仿真结果证明了理论推导的正确性。     

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.     

非线性动态突变系统的多模型自适应执行器故障补偿设计

本文针对因多重不确定执行器故障而引起系统动态突变的非线性系统,设计了一种基于多模型切换的自适应执行器故障补偿控制策略,以提高系统应对动态突变的能力,同时实现不确定执行器故障的快速精确补偿.针对执行器故障模式的不确定性问题,采用基于多模型的参数估计方法,设计了自适应控制器组;基于最优性能指标函数,提出了一种控制切换机制,...