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磁悬浮系统机械耦合的研究

武汉理工大学学报 2002年第12期24卷 65-68页

作者：王晓光胡业发江征风周祖德武汉理工大学

分析了磁悬浮系统的机械耦合问题 ,给出了磁悬浮系统在三维空间的机械耦合的计算方法 ,讨论了各参数对机械耦合的影响。

关键词：磁悬浮系统磁力轴承机械耦合直接测量差动测量

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磁悬浮系统的神经网络控制

磁悬浮系统的神经网络控制

作者：刘凤丽东北大学

学位级别：硕士

磁悬浮技术是一门新兴的机电一体化技术,由于其具有无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长、低功耗、无噪声等优点,引起了世界各国科学界的特别关注。本次课题研究的GML磁悬浮实验系统就是这样一种典型的机电一体化系统,其中的控制器是磁悬... 详细信息

磁悬浮技术是一门新兴的机电一体化技术,由于其具有无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长、低功耗、无噪声等优点,引起了世界各国科学界的特别关注。本次课题研究的GML磁悬浮实验系统就是这样一种典型的机电一体化系统,其中的控制器是磁悬浮控制系统中至关重要的一环,控制器性能的好坏直接关系到磁悬浮产品的应用,因此本论文以磁悬浮系统的控制器为主,对磁悬浮控制系统进行了研究。以下是本文所阐述的主要内容：磁悬浮系统搭建以及用BP神经网络逼近PID控制器,实现神经网络对磁悬浮系统的控制。首先,分析了磁悬浮系统构成及工作原理,并以此系统为研究对象,在Matlab （Simulink）中设计PID控制器,并通过数据采集卡与外部系统相连,实现了以计算机为控制平台的数字控制。其次,根据神经网络能够以任意精度逼近任何光滑的复杂非线性系统和自学习、自适应等特点,本论文主要用其来逼近PID控制器,使得到的控制器不再是简单的线性组合关系,而是复杂的非线性映射关系。再经过神经网络的自学习、自调整,得到优于常规PID控制器的效果。本文采用三层BP神经网络结构,其中输入层神经元的输入状态对应于增量式PID控制器的三个控制输入,分别为第k次、第k-1次、第k-2次采样时刻输入的偏差值。输出层神经元的输出状态对应于PID控制器的控制输出为控制量的增量。最后,利用Matlab进行了仿真实现,分别对磁悬浮系统的数学模型和实物模型在各控制器下系统的动、静态特性进行了对比分析研究,仿真结果表明,神经网路控制下的磁悬浮系统有效的提升了系统的适应能力,改善了系统的动、静态品质。

关键词：磁悬浮系统 PID控制神经网络控制误差反传算法 Matlab

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磁悬浮系统车轨耦合振动研究

计算机仿真 2006年第9期23卷 256-258,267页

作者：刘恒坤常文森施晓红国防科技大学磁悬浮技术研究中心湖南长沙410073

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... 详细信息

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。

关键词：磁悬浮系统反馈线性化车轨耦合振动全局稳定

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磁悬浮系统的非线性PID控制

控制工程 2007年第6期14卷 653-656页

作者：刘恒坤郝阿明常文森国防科技大学磁悬浮技术研究中心湖南长沙410073

在磁悬浮控制系统中采用线性PID控制方法时,如果只是靠增加比例反馈来提高系统的刚度,很可能降低系统的性能,有时甚至会引起系统不稳定。为了提高PID控制方法的刚度,同时又不影响系统的性能,提出了一种非线性PID反馈控制方法。线性PID... 详细信息

在磁悬浮控制系统中采用线性PID控制方法时,如果只是靠增加比例反馈来提高系统的刚度,很可能降低系统的性能,有时甚至会引起系统不稳定。为了提高PID控制方法的刚度,同时又不影响系统的性能,提出了一种非线性PID反馈控制方法。线性PID控制方法的控制量是通过位置和速度的线性组合来求取,而非线性PID控制的控制量是通过位置和速度的非线性组合来求取,因此采用位置和速度信号的指数组合形式来求取控制量。非线性PID控制方法相对于线性PID控制方法的最大优势是其刚度大、抗外力冲击能力强。实验结果验证了非线性PID控制方法的优越性。

关键词：磁悬浮系统非线性 HD

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磁悬浮系统的非线性控制

控制工程 2007年第5期14卷 455-457,464页

作者：刘恒坤施晓红常文森国防科技大学磁悬浮技术研究中心湖南长沙410073

针对普通线性化控制方法不能满足磁悬浮系统的全局稳定的问题,研究了基于非线性磁悬浮系统模型的精确反馈线性化控制算法设计方法。建立了磁悬浮系统非线性模型,利用状态反馈将系统精确线性化,然后通过极点配置,按照动态性能设计指标计... 详细信息

针对普通线性化控制方法不能满足磁悬浮系统的全局稳定的问题,研究了基于非线性磁悬浮系统模型的精确反馈线性化控制算法设计方法。建立了磁悬浮系统非线性模型,利用状态反馈将系统精确线性化,然后通过极点配置,按照动态性能设计指标计算出控制参数,得到符合工程实践要求的反馈算法。仿真和实验证明了这种控制方法能够保证磁悬浮控制系统的动态特性,同时具有较好的抗干扰能力。

关键词：磁悬浮系统反馈线性化全局稳定

一种新的ARX模型在磁悬浮系统建模中的应用

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计算机工程与应用 2007年第29期43卷 196-200,213页

作者：侯海良彭辉中南大学信息科学与工程学院长沙410083

采用一种新的ARX模型(RBF-ARX模型)对磁悬浮系统进行离线建模,讨论了RBF-ARX模型的原理、结构的选取、模型参数辨识和RBF参数优化等问题。文章分别采用不同的序列作为状态变量,分别建立RBF-ARX模型,并分析了各模型的性能及可靠性。模型... 详细信息

采用一种新的ARX模型(RBF-ARX模型)对磁悬浮系统进行离线建模,讨论了RBF-ARX模型的原理、结构的选取、模型参数辨识和RBF参数优化等问题。文章分别采用不同的序列作为状态变量,分别建立RBF-ARX模型,并分析了各模型的性能及可靠性。模型的预测输出和仿真结果,证实了RBF-ARX模型在非线性系统建模和辨识中的有效性。通过与ARX模型的比较,证明了RBF-ARX模型在非线性系统建模中效果更好。

关键词：磁悬浮系统模型预测控制 RBF-ARX模型结构化非线性参数优化策略

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磁悬浮系统的降阶自适应控制

控制工程 2006年第5期13卷 410-412页

作者：刘恒坤常文森施晓红国防科技大学磁悬浮技术研究中心湖南长沙410073

在磁悬浮系统的模型参数变化的情况下,为了保证系统的动态性能保持不变,设计了降阶自适应控制方法。根据电磁铁动力学和电磁线圈的电压平衡方程,建立磁悬浮系统基本模型。采用电流环校正方法,将电流环时间常数尽量减小,使其在低频信号... 详细信息

在磁悬浮系统的模型参数变化的情况下,为了保证系统的动态性能保持不变,设计了降阶自适应控制方法。根据电磁铁动力学和电磁线圈的电压平衡方程,建立磁悬浮系统基本模型。采用电流环校正方法,将电流环时间常数尽量减小,使其在低频信号段可等效为普通比例环节。在此基础上,采用自适应控制算法,使闭环系统的动态性能满足要求。仿真和试验均证明该方法不但能够满足系统的动态特性要求,而且能够满足系统的实时性要求。

关键词：磁悬浮系统劳斯判据电流环自校正控制

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磁悬浮系统的自适应控制

磁悬浮系统的自适应控制

作者：马振伟曲阜师范大学

学位级别：硕士

近年来,虽然现有的非线性系统相关控制理论和方法发展迅速,但是仍然存在各自的局限性。由于磁悬浮系统的本质非线性和开环不稳定性,严格的状态反馈和输出反馈都不能直接应用。然而,磁悬浮技术作为一种高新技术,在交通、工业和航天领域... 详细信息

近年来,虽然现有的非线性系统相关控制理论和方法发展迅速,但是仍然存在各自的局限性。由于磁悬浮系统的本质非线性和开环不稳定性,严格的状态反馈和输出反馈都不能直接应用。然而,磁悬浮技术作为一种高新技术,在交通、工业和航天领域有着广泛的应用前景。控制器的设计作为磁悬浮系统的核心内容,具有重要的理论意义与实际价值。本文针对三阶磁悬浮系统,研究了其控制器设计、稳定性分析以及仿真和实验,主要内容如下:1.基于K-filter的电压型磁悬浮系统的鲁棒自适应控制设计针对具有参数不确定性和有界外界干扰的三阶磁悬浮系统,提出了一种基于K-filter的电压型磁悬浮系统的鲁棒自适应控制器。首先对三阶磁悬浮系统进行数学模型推导,将未知参数和系统可用状态变量分离。然后通过K-filter观测器观测不可测的速度状态变量。最后结合自适应鲁棒控制技术,采用backstepping设计方法设计了稳定函数和整体控制器。利用Lyapunov函数证明了整个非线性磁悬浮系统的稳定性,并对系统的稳定性进行了严格的分析。仿真和实验结果表明,所设计的控制器对复杂参考轨迹具有良好的跟踪性能。2.基于小波神经网络的电压型磁悬浮系统的鲁棒自适应控制设计针对具有模型失配和有界外部干扰的三阶磁悬浮系统,提出了一种基于小波神经网络的电压型磁悬浮系统的鲁棒自适应控制器。首先将内容1中的非线性磁悬浮动态模型通过坐标变换对模型进行简化。速度信号可以用伪微分的形式得到,从而使整个磁悬浮系统的状态可用。然后结合自适应鲁棒技术,采用backstepping设计方法将系统分为位置误差信号子系统、速度误差子系统和加速度误差子系统,并设计了稳定函数。最后,在加速度子系统中利用中值定理和Nussbaum函数来处理非线性函数的隐式控制输入和未知控制方向的问题。利用小波神经网络和Lyapunov函数分别实现了未知非线性函数的逼近和真实控制器的设计。利用Lyapunov函数证明了整个非线性磁悬浮系统的稳定性,并对系统的稳定性进行了严格的分析。仿真和实验结果表明,所设计的控制器对复杂参考轨迹具有良好的跟踪性能。

关键词：磁悬浮系统鲁棒自适应控制 backstepping K-filter 小波神经网络

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磁悬浮球系统往复运动的迭代学习控制

武汉大学学报（工学版） 2020年第4期53卷 364-370页

作者：汪鑫许贤泽徐逢秋武汉大学电子信息学院湖北武汉430072

磁悬浮球系统具有开环不稳定、高度非线性的特点,同时难以建立其精确的数学模型,给设计适用的控制器带来了困难。为了克服这些困难,实现对磁悬浮球系统高精度、强鲁棒性的运动控制,提出了一种带遗忘因子的比例微分(proportion different... 详细信息

磁悬浮球系统具有开环不稳定、高度非线性的特点,同时难以建立其精确的数学模型,给设计适用的控制器带来了困难。为了克服这些困难,实现对磁悬浮球系统高精度、强鲁棒性的运动控制,提出了一种带遗忘因子的比例微分(proportion differential,PD)型迭代学习算法。基于磁悬浮球系统的线性化数学模型,结合迭代收敛性推导和系统模型仿真初步确定迭代学习控制参数,最后在实物平台上进行了对比实验,实验结果表明:在阶跃响应中,迭代学习控制与比例积分微分(proportion integral differential,PID)控制相比,具有更小的超调量和更快的响应速度;在跟踪正弦轨迹时,迭代学习控制与PID控制、滑模控制相比具有更高的精确度和鲁棒性。因此,迭代学习控制在磁悬浮球系统的运动控制中具有优势。

关键词：迭代学习控制磁悬浮系统遗忘因子运动控制轨迹跟踪