深海机器人推进电机混沌现象研究

论文题目: 深海机器人推进电机混沌现象研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电机与电器

作者: 安跃军

导师: 孙昌志

关键词: 无刷电机,混沌,混沌控制,转矩振荡,深海机器人推进电机

文献来源: 沈阳工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文针对深海机器人推进电机系统混沌运行现象的发生、发现、预测、抑制和利用,从非线性混沌角度探讨其内在的原因和运动规律,取得了一些具有独特理论意义和有实用价值的研究成果。内容包括以下几个部分: 第一部分改进最大李雅普诺夫指数法,提出一种新的基于全局变量的混沌预测方法,定义追踪矢量来构造全局算法,用于深海机器人推进电机系统混沌的诊断与预报。全局法克服了单一相空间方法预报不准确、不完整、不全面甚至误预报的弊端,能刻画出推进电机系统经过伪混沌到最终进入真正混沌的全貌,避免遗漏重要信息。引入伪混沌概念,拟解决以往对系统混沌运行状态描述不够准确的问题。 第二部分提供了混沌吸引子精细化观察、分析和应用的新工具。应用小波分析方法、庞加莱映射和功率谱分析技术,分析研究推进电机系统的混沌吸引子特征;揭示了在貌似混乱的吸引子流图内部蕴藏着形态各异的混沌吸引盆,剖析、搜寻和描绘了混沌吸引盆的异宿轨迹;异宿轨迹的预测定位为实现从内部和微观角度进行混沌控制、混沌反控制和混沌同步控制奠定了基础。 第三部分研究了深海机器人推进电机混沌控制技术,采用混沌系统自适应控制方法设计和构造了混沌控制器,使推进电机系统迅速摆脱混沌状态并彻底消除混沌现象,抑制效果显著。混沌自适应控制,具有方法简单、可靠和软硬件实现容易等特点,便于工程应用。 第四部分将混沌预报、混沌控制方法和混沌优化用于工程实际,提出推进电机系统设计的新思路,实现在避免和抑制混沌现象的条件下全局优化的目的。设计和研制了深海机器人推进电机,样机实验表明,完全满足技术要求,避免不稳定振荡和混沌运行现象。 第五部分从多相推进电机系统的动力学模型出发建立状态方程,采用数字仿真方法分析运行特性,其结果得到实验验证。对深海机器人推进电机系统的混沌运行规律进行数字仿真分析,观察到发生混沌运动时吸引子呈现典型的“蝴蝶效应”。 第六部分对磁场波形和转矩脉振进行计算和测试,探讨深海机器人推进电机振荡及不稳定运行的成因,指出进一步从混沌角度研究其性能规律的必要性。

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题背景及选题意义

1.2 课题国内外研究现状

1.2.1 混沌概述

1.2.2 混沌研究的常用方法

1.2.3 电机系统混沌现象与研究

1.3 论文主要工作

2 深海机器人无刷推进电机振荡的成因

2.1 电磁场分析计算与实验研究

2.1.1 电磁场计算方法和实验装置

2.1.2 励磁磁场计算和实验

2.1.3 电枢磁场计算和实验

2.1.4 合成磁场计算和实验

2.2 电磁场分析计算与实验结果的定量评价

2.3 磁场波形、转矩脉振与不稳定运行

3 深海机器人无刷推进电机混沌运动

3.1 深海机器人推进电机系统的动力学模型

3.1.1 推进电机系统的动力学模型

3.1.2 推进电机在坐标变换下的动力学模型

3.1.3 电子变流器的数学模型

3.2 动力学模型的数值求解与实验

3.3 深海机器人推进电机系统的混沌现象

3.3.1 深海机器人推进电机的混沌模型

3.3.2 动力系统混沌现象研究的直接观测法

3.3.3 发现深海机器人推进电机的混沌现象

4 无刷推进电机系统的混沌吸引子特征

4.1 混沌吸引子的可视化描述

4.1.1 混沌吸引子流图和吸引域

4.1.2 混沌吸引子的吸引盆和异宿轨迹

4.2 混沌吸引子的Poincare映射

4.2.1 Poincare映射分析法

4.2.2 推进电机系统 Poincare映射

4.3 混沌吸引子的功率谱分析

4.3.1 功率谱分析法

4.3.2 推进电机系统的功率谱

5 深海机器人无刷推进电机混沌预测与抑制

5.1 混沌的预测

5.1.1 混沌预测的可能性与重要性

5.1.2 混沌预测的基本方法

5.1.3 李雅普诺夫(Lyapunov)指数

5.1.4 重构动力系统相空间和预报模式

5.1.5 全局最大李雅普诺夫指数法

5.1.6 深海机器人推进电机混沌预测

5.1.7 全局预报新方法的特点

5.2 混沌运动的抑制

5.2.1 混沌抑制的必要性与可行性

5.2.2 深海机器人推进电机混沌抑制

6 混沌理论在深海机器人推进电机中应用

6.1 推进电机的结构形式

6.2 混沌理论在无刷推进电机设计研制中应用

6.2.1 设计阶段无刷推进电机的混沌预报

6.2.2 推进电机系统混沌抑制的仿真研究

6.2.3 受控推进电机系统的Poincare映射

6.2.4 受控推进电机系统的功率谱

6.3 无刷推进电机混沌优化设计与样机研制

结论

参考文献

在学研究成果

致谢

发布时间: 2005-07-14

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