无刷直流直线电机线性二次最优PID控制

论文摘要

无刷直流直线电机是（BLDCLM）一种将电能转换成直线运动所需的机械能,而不需要任何的中间转换机构的传动装置,它具有结构简单、无接触运动、噪声低、速度精度高、控制容易、维护方便、可靠性高等优点,使其在各个领域中已得到日趋广泛的应用。由于BLDCLM没有附加的机构,BLDCLM很大程度上受装置不确定性的影响,这些不确定性主要是来自装置参数的变化,额外负载的干扰和非线性力影响。因此,对于直接作用在BLDCLM运动时的影响,进行快速的等值补偿是非常重要的。由于传统的线性二次最优控制方法能使线性定常系统具有良好的鲁棒性,而对于不确定系统是很难使其达到稳定,所以文中提出修正型线性二次最优控制方法和鲁棒L2控制方法以克服电机的不确定性,归零达到精度、定位及追踪的目的。线性二次最优控制（LQ）和PID控制是分别基于时域描述和频域描述两种不同的控制方法。对同一被控对象,两者之间必然存在一定的联系。本文基于这种思路,提出了采用线性二次最优控制设计算法优化PID动态补偿网络参数,实现线性二次最优控制的观点。接着又提出了鲁棒L2控制的方法,对BLDCLM的定位动作进行控制。鲁棒L2控制是用一个结构和参数固定不变的控制器,保证在不确定性对系统影响最严重的情况下,也能满足性能要求,这是L2鲁棒控制的突出特点。然后用MATLAB软件分别对采用修正型线性二次最优控制方法和鲁棒L2控制方法的系统进行仿真,分析在不同的负载条件下的阶跃响应,得出了相应的电机速度和位移响应曲线。并从采用两种控制方法仿真结果的对比,证实控制系统设计方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 直线电机的概述
• 1.1.1 直线电机的发展
• 1.1.2 直线电机的原理与分类
• 1.1.3 直线电机的应用场合
• 1.2 BLDCLM的发展背景及意义
• 1.3 BLDCLM控制器研究的目的及意义
• 1.4 本文所研究的主要内容
• 第二章 BLDCLM的概况及控制策略
• 2.1 BLDCLM概况及数学模型
• 2.1.1 BLDCLM的概述
• 2.1.2 BLDCLM结构
• 2.1.3 BLDCLM的基本工作原理
• 2.1.4 BLDCLM的数学模型
• 2.2 近代控制策略在BLDCLM控制系统的应用
• 2.2.1 PID控制
• 2.2.2 最优控制
• 2.2.3 自适应控制
• 2.2.4 非连续系统控制
• 2.2.5 智能控制
• 第三章 PID控制与线性二次最优控制理论
• 3.1 PID控制理论
• 3.1.1 PID控制原理
• 3.1.2 智能PID控制
• 3.1.3 模糊PID控制
• 3.2 线性二次最优控制理论
• 3.2.1 线性二次最优控制理论的产生
• 3.2.2 线性二次最优控制
• 3.3 线性二次最优控制的PID参数优化方法
• 3.3.1 LQR系统与PID控制系统的联系
• 3.3.2 LQR系统的频域结构
• 3.3.3 PID控制系统的结构
• 3.3.4 线性二次最优PID参数的优化
• 第四章 修正型线性二次最优控制在BLDCLM中的应用
• 4.1 修正型线性二次最优控制方法之归零控制理论
• 在负载变化时数值和仿真的结果
• 4.2 修正型的线性二次最优控制及定位控制方法
• 在负载变化下的数值和仿真结果
• 第五章 运用鲁棒方法和最优控制方法在BLDCLM中定点控制的比较
• 2控制律'>5.1 构建鲁棒L₂控制律
• 2控制器的设计和数值结果'>5.2 鲁棒L₂控制器的设计和数值结果
• 5.3 在定点控制中运用鲁棒控制方法和最优控制方法动态仿真比较
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录 仿真图
• 在学研究成果
• 致谢