基于自校正和全局渐近稳定的悬浮控制方法研究

论文摘要

悬浮控制技术是常导高速磁浮列车的关键技术之一,悬浮控制算法对提高系统在各种情况下的抗干扰能力具有重要意义。本文针对悬浮试验中经常遇到的两个问题——悬浮系统结构参数变化引起系统失稳问题和悬浮系统受到外界干扰而远离平衡点的全局渐近稳定问题,研究了参数自校正悬浮控制算法和全局渐近稳定悬浮控制算法。由于磁浮列车采用了机械解耦技术,在某种程度上可以把磁浮列车分解为多个单点悬浮系统。因此,本文首先建立了二级结构单点悬浮系统的动力学模型,研究了二级结构中空气弹簧刚度和阻尼对系统动态特性的影响。通过分析二级结构单点悬浮控制系统的渐近稳定性和状态稳定区间,研究了系统的抗干扰能力。在此基础上,分别研究了以下两方面的内容:1.为了满足单点悬浮系统的定量动态特性要求,分别从时域和频域的角度出发,设计了以调节时间、超调量和稳定裕度为性能指标的两种参数自校正控制算法,并对时域参数自校正算法进行了实验验证;2.为了保证系统受到较大干扰而偏离平衡点较远时系统的稳定性,利用状态相关黎卡提方程设计了控制算法,实现单点悬浮系统在任意初始条件下全局渐近稳定,提高悬浮控制系统的抗干扰能力。通过对采用上述控制算法的悬浮系统的理论分析和仿真研究,主要得到了以下几方面结论:1.当系统悬浮质量、电磁铁电阻和额定间隙参数变化时,设计的参数自校正控制算法可使系统的动态性能指标保持在设定的指标;2.设计的全局稳定控制算法,能够保证二级结构单点悬浮系统的全局渐近稳定,且对随机噪声干扰有一定的抑制作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与来源
• 1.2 研究问题的提出与意义
• 1.2.1 单点悬浮系统自校正控制
• 1.2.2 单点悬浮系统全局渐近稳定控制
• 1.3 课题的国内外研究现状
• 1.4 本文内容安排
• 第二章 二级结构单点悬浮系统建模与分析
• 2.1 二级结构单点悬浮系统建模
• 2.2 二级结构影响及系统模型简化
• 2.2.1 二级结构单点悬浮控制系统模型线性化
• 2.2.2 二级结构的影响分析
• 2.2.3 单点悬浮控制系统的模型简化
• 2.3 单点悬浮控制系统的渐近稳定性分析
• 2.4 单点悬浮控制系统状态稳定区间分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 单点悬浮系统的参数自校正控制算法设计研究
• 3.1 单点悬浮控制系统的时域参数自校正研究
• 3.1.1 以时域参数为性能指标的自校正控制算法设计
• 3.1.2 单点悬浮系统时域参数自校正控制算法的仿真分析
• 3.1.3 二级结构单点悬浮系统时域参数自校正控制算法的仿真分析
• 3.1.4 单点悬浮系统时域参数自校正控制算法的实验验证
• 3.1.5 小结
• 3.2 单点悬浮控制系统的频域参数自校正研究
• 3.2.1 以频域参数为性能指标的自校正控制算法设计
• 3.2.2 单点悬浮系统频域参数自校正控制算法的仿真分析
• 3.2.3 小结
• 3.3 本章小结
• 第四章 单点悬浮系统的全局渐近稳定控制算法设计研究
• 4.1 状态相关黎卡提方程法简介
• 4.1.1 状态相关黎卡提方程法
• 4.1.2 二阶非线性系统全局渐近稳定控制算法设计
• 4.2 单点悬浮控制系统全局渐近稳定性分析
• 4.2.1 状态相关黎卡提方程法应用于单点悬浮系统的可行性分析
• 4.2.2 单点悬浮系统控制算法设计及控制系统稳定性分析
• 4.3 单点悬浮控制系统全局渐近稳定性的仿真分析
• 4.3.1 单点悬浮系统全局渐近稳定控制算法的仿真分析
• 4.3.2 二级结构单点悬浮系统全局渐近稳定控制算法的仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献