论文题目: 基于扩张状态观测器和非线性PID的数字式悬浮控制系统研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 控制科学与工程
作者: 张鼎
导师: 李云钢
关键词: 悬浮控制,扩张状态观测器,遗传算法,次速电流环,非线性,开发方法
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 悬浮控制技术是磁浮列车的核心技术之一。本文主要开展磁浮列车悬浮控制器的控制算法研究和数字式悬浮控制器的开发方法研究，主要包括以下方面： (1) 扩张状态观测器方法研究。深入研究一类不依赖于被观测对象模型的扩张状态观测器的结构和特性，并应用基于多目标优化技术的遗传算法搜索扩张状态观测器参数，取得了良好效果。 (2) 次速电流环研究。分析了电流环在悬浮控制器系统中的作用和意义，结合经典PI型电流环和最速电流环，设计了一种次速电流环，其电流调节速度与最速电流环相当，稳态精度及抗干扰能力与PI型类似。 (3) 非线性PID悬浮控制方法研究。讨论了线性PID方法的特点与缺陷，采用非线性函数代替原来的常数增益，克服了参数间的耦合影响，在提高控制系统快速性的同时又能抑制超调。针对单电磁铁悬浮控制问题，设计基于次速电流环和扩张状态观测器的非线性PID悬浮控制器，仿真结果表明，扩张状态观测器能较好地跟踪系统输出真值及其微分，非线性PID控制较线性PID控制调节速度加快60％，超调量减小40％。 (4) 基于PC的DSP仿真开发平台研究。分析悬浮控制器一般开发方法的特点，设计一种基于PC的嵌入式系统快速开发平台，完成平台各功能单元的测试。 (5) 在本文设计的开发平台上开展混合磁铁悬浮系统的实验研究。实现了非线性PID的悬浮控制算法；设计四象限斩波器及其驱动保护电路、模拟信号预处理电路；完成斩波器测试、次速电流环调试、扩张状态观测器调试及软起软落调试，实现混悬装置的稳定悬浮。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
§1.1 课题背景与研究意义
§1.2 悬浮控制系统的基本组成与工作原理
§1.3 悬浮控制的关键技术及其研究现状
1.3.1 悬浮控制系统的大范围稳定问题
1.3.2 车轨耦合问题
1.3.3 数字式悬浮控制器的实现问题
1.3.4 悬浮控制技术的国内外研究现状
§1.4 课题的研究方法与主要内容
第二章 扩张状态观测器及其在悬浮控制中的应用研究
§2.1 扩张状态观测器及其参数搜索方法研究
2.1.1 状态观测器方法及其发展
2.1.2 扩张状态观测器的参数选择问题
2.1.3 基于多目标优化技术的扩张状态观测器参数搜索方法研究
§2.2 扩张状态观测器在悬浮控制系统中的应用方法研究
2.2.1 悬浮控制器需要的状态信号
2.2.2 利用状态观测器获取悬浮控制阻尼信号的思路
2.2.3 扩张状态观测器在悬浮控制系统中的应用方法
§2.3 本章小结
第三章 基于次速电流环和非线性PID的磁浮控制器的设计
§3.1 次速电流环设计
3.1.1 电流环在悬浮控制中的作用与意义
3.1.2 次速电流环设计与仿真研究
§3.2 非线性PID控制器设计与分析
3.2.1 线性PID控制器及其特点的讨论
3.2.2 非线性PID控制器设计
§3.3 基于扩张状态观测器和次速电流环的非线性PID悬浮控制器设计
§3.4 非线性PID悬浮控制系统仿真研究
§3.5 本章小结
第四章 数字式悬浮控制器的仿真开发平台设计与实现
§4.1 数字式悬浮控制器开发的一般方法
4.1.1 数字悬浮控制器的组成特点及开发方法概述
4.1.2 基于硬件仿真器及开发工具包的开发方法
4.1.3 总线下载引导型开发方法及其特点
4.1.4 基于PC的仿真开发方法及其特点
§4.2 基于PC的DSP仿真开发平台设计与实现
4.2.1 仿真开发平台总体方案设计
4.2.2 基于PC的仿真开发平台设计
4.2.3 仿真开发平台的调试
§4.3 本章小结
第五章 悬浮控制系统实验研究
§5.1 悬浮控制实验系统的架构与设计
5.1.1 悬浮控制实验系统架构
5.1.2 数字悬浮控制电路
5.1.3 悬浮斩波器及其驱动保护电路设计
5.1.4 预处理电路设计
§5.2 悬浮控制系统功能部件调试
5.2.1 悬浮斩波器调试
5.2.2 次速电流环调试
5.2.3 扩张状态观测器调试
5.2.4 软起软落调试
§5.3 悬浮控制实验与结果分析
5.3.1 悬浮控制实验
5.3.2 实验数据与分析
§5.4 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
发布时间: 2006-09-14
参考文献
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