磁悬浮系统的隐式广义预测控制器设计

【摘要】：悬浮控制是磁悬浮列车的一项关键技术,悬浮控制器的跟踪性和鲁棒性一直以来是评判控制器控制性能优劣的重要标准。本文以单点悬浮系统为对象,设计了隐式广义预测控制器,研究了该控制器在通过各种轨道台阶时的控制性能。与反馈线性化状态反馈控制器性能相比,该控制器具有较强的鲁棒性,可以很好的抑制轨道台阶所引起的电磁铁波动。本文研究的主要内容有:第一,建立了单点电磁铁悬浮模型,分析其开环稳定性,设计了基于反馈线性化的状态反馈控制器;第二,总结了目前磁浮列车轨道上可能存在的台阶类型,仿真分析了传统PID控制算法在过这几类台阶时存在的问题,针对传感器测量间隙不能真实反映电磁铁有效间隙,从而影响控制器过台阶稳定性的特点,提出采用广义预测控制算法来改善控制性能;第三,为解决电磁铁通过轨道台阶时波动大的问题,本文设计了隐式广义预测控制器。由于悬浮系统自身的不稳定性和快速性,广义预测控制无法直接运用在悬浮系统中。为此,本文设计了分层控制器,内层采用反馈线性化控制器,进行预稳定控制,以保证控制器的稳定性,并根据该内层控制得到被控对象的CARIMA模型。外层采用隐式广义预测控制算法,以内层控制为被控对象,提高了控制器的跟踪性。仿真实验证明,与只使用反馈线性化相比,加入外层的隐式广义预测控制能够更好的抑制电磁铁过台阶时的波动。总之,本文设计的隐式广义预测控制器,验证了广义预测控制在快速系统中的应用的有效性,仿真分析表明,该控制器在解决电磁铁过台阶问题时具有较强的鲁棒性。
【关键词】：悬浮控制系统 隐式广义预测控制算法 分层控制 轨道台阶
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U266.4;TP273