PID参数自整定算法在悬浮控制系统的应用研究

论文摘要

悬浮控制是磁悬浮列车的关键技术,PID控制是目前较常采用的悬浮控制方法,但由于悬浮列车运行的时变不确定性,常规的PID控制算法难以达到理想的控制效果。论文对PID参数自整定算法在悬浮控制系统中的应用进行研究,设计了悬浮系统自寻优PID自整定控制器、PID模糊自整定控制器,在线对PID参数进行调节,使悬浮系统的控制性能得到较大的改善。本文首先对单铁悬浮系统进行建模,得到单铁系统的非线性模型,并通过在平衡点将模型线性化处理的方法对悬浮系统控制性能进行分析,并介绍了悬浮系统PID控制器的设计。针对常规PID控制的缺陷,提出PID参数自整定算法,并将自寻优PID自整定和PID模糊自整定算法应用于悬浮控制系统。针对自寻优计算量大的缺点提出了PID归一化自寻优和模式识别组合算法,通过对模糊规则的不断改进,又提出了高精度PID模糊自整定控制并将这些算法应用于悬浮控制系统。通过Matlab仿真分析和实验验证,得出结论:悬浮系统自寻优PID自整定、PID模糊自整定控制相对常规PID控制,动、静态性能都有很大的提高,PID模糊自整定的控制效果最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 PID参数自整定算法的发展现状
• §1.2 磁悬浮列车的发展现状
• §1.3 磁悬浮列车控制算法的发展现状
• §1.4 论文提出的意义及主要内容
• 第二章 EMS磁悬浮PID控制器的设计
• §2.1 单电磁铁悬浮系统建模与分析
• 2.1.1 单铁悬浮系统建模
• 2.1.2 系统模型线性化
• §2.2 单铁控制特性分析
• 2.2.1 稳定性
• 2.2.2 能控性
• 2.2.3 能观性
• §2.3 PID悬浮控制器的设计
• 2.3.1 PID控制器基本原理
• 2.3.2 PID悬浮控制器的设计分析
• 2.3.3 PID参数计算及仿真分析
• §2.4 本章小结
• 第三章 自寻优PID自整定在悬浮控制系统的应用
• §3.1 自寻优PID自整定控制原理
• 3.1.1 自寻优PID自整定控制
• 3.1.2 自寻优方法
• §3.2 PID归一化自寻优和模式识别组合算法
• 3.2.1 PID归一化自寻优和模式识别组合算法基本原理
• 3.2.2 模式识别法
• 3.2.3 确定区间寻优
• §3.3 本章小结
• 第四章 PID模糊自整定在悬浮控制系统的应用
• §4.1 模糊控制的发展及基本原理
• 4.1.1 模糊控制的发展现状
• 4.1.2 模糊控制的特点
• 4.1.3 模糊控制的基本功能构成
• §4.2 PID模糊自整定在悬浮系统的应用
• 4.2.1 多模型PID模糊自整定控制器的设计
• 4.2.2 PID模糊自整定控制器设计
• 4.2.3 改进的高精度PID模糊自整定控制器的设计
• §4.3 本章小结
• 第五章 悬浮控制系统的硬件平台及实验
• §5.1 悬浮控制系统的硬件平台
• §5.2 归一化自寻优PID控制运行实验
• §5.3 PID模糊自整定抗干扰实验
• §5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文