【摘 要】
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磁浮列车相对于轮轨式列车具有很大的优势,是未来轨道交通系统重点研究的方向。而对磁浮列车悬浮系统进行精确稳定悬浮控制是磁悬浮系统研究的重点,本文正是对磁浮列车悬浮系统进行无模型自适应模块化控制器设计研究。由于多点悬浮系统是强非线性,强耦合性的复杂系统,建立精确的数学模型比较困难,设计完全基于模型的控制器可能存在着控制性能不佳的问题。而基于数据驱动的无模型自适应控制(Model-free Adapti
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磁浮列车相对于轮轨式列车具有很大的优势,是未来轨道交通系统重点研究的方向。而对磁浮列车悬浮系统进行精确稳定悬浮控制是磁悬浮系统研究的重点,本文正是对磁浮列车悬浮系统进行无模型自适应模块化控制器设计研究。由于多点悬浮系统是强非线性,强耦合性的复杂系统,建立精确的数学模型比较困难,设计完全基于模型的控制器可能存在着控制性能不佳的问题。而基于数据驱动的无模型自适应控制(Model-free Adaptive Control,MFAC)无需知道被控系统精确的数学模型,仅利用系统的I/O数据即可设计出控制器。MFAC为多点悬浮系统控制提供了一种新的思路。本文主要研究无模型自适应控制器的模块化设计方法,将无模型自适应控制方法与其它控制理论方法相结合。实现MFAC与其它控制方案优势互补,提高多点悬浮系统控制器的控制性能。本文具体工作如下:(1)对磁浮列车多点悬浮系统进行了建模分析,得到系统的状态方程。用Simulink模块搭建出多点悬浮系统的仿真模型。并用Lyapunov理论对多点悬浮系统进行开环稳定性分析。(2)针对多点悬浮系统不同悬浮点之间存在的交叉耦合关系对控制器控制性能造成的影响,本文采用了基于微分几何的反馈线性化方法设计出了多点悬浮系统的解耦控制器。通过仿真验证了系统各悬浮点之间已完全解耦。然后设计全格式的无模型自适应控制(FFDL-MFAC)器与解耦控制器相结合的模块化控制器,并与PID控制方案进行对比,试验证明FFDL-MFAC模块化控制不但能实现悬浮系统稳定控制,而且控制效果更好。(3)针对FFDL-MFAC模块化控制器还存在的不足,提出将滑模控制与MFAC相结合的控制策略,在全格式动态线性化的基础上加入滑模控制来抑制MFAC控制器的干扰和震荡现象,设计出了全格式的无模型自适应滑模控制(FFDL-MFASMC)方案,通过与FFDL-MFAC模块化控制器的仿真结果对比可知,FFDL-MFASMC模块化方案在抑制干扰和震荡方面效果更好,在减小稳态误差和调节时间方面也更有优势。
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