液压系统非线性控制方法的研究

论文摘要

锻造液压机由于锻造速度快、控制精度好、自动化程度高、工艺范围广以及节能、节材显著,被认为是锻造设备的发展方向之一,是目前大型自由锻锤及中小型普通水压机的更新换代产品。本文首先归纳总结了国内外锻压机及其控制系统的发展现状及趋势,讨论了液压机的工作原理。在深入分析等温锻造液压机系统的运行原理的基础上,建立了液压机系统整体数学模型。其次,针对所建立的仿射非线性系统模型,利用微分几何反馈线性化的方法,将系统模型进行了输入输出线性化,将其等效为一个线性的系统模型,以便于按照通常的线性系统的分析与设计方法进行系统设计。并且讨论和分析了系统模型不确定分量在微分几何反馈线性化前后的映射关系。最后,介绍了基于LMI的H∞鲁棒控制器设计原理与方法。并针对精确线性化后的系统,考虑外扰的影响,按照液压机系统同步性能的要求,设计了H∞鲁棒控制器,并进行了仿真研究,仿真结果表明系统响应具有很好的动态性能。将仿真结果与直接采用PID控制算法进行了对比,表明本文所设计的算法具有良好的抗干扰性能。另外,考虑模型不准确问题,设计了同时抵抗外部扰动和模型参数变化的鲁棒H∞控制器,仿真结果表明其具有良好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 锻造液压机概述
• 1.1.1 锻造液压机原理
• 1.1.2 锻造液压机的发展历史和趋势
• 1.1.3 锻造液压机的控制系统发展概述
• 1.1.4 锻造液压机控制系统的发展趋势
• 1.2 本课题研究的主要内容及贡献
• 第二章 等温锻造液压机数学模型
• 2.1 液压机结构及性能指标要求
• 2.1.1 主机结构形式与设备特点
• 2.1.2 液压机系统结构简化
• 2.1.3 液压机的主要技术指标
• 2.2 液压系统分析建模
• 2.2.1 阀控液压缸分析建模
• 2.2.2 泵的出口流量与连续性方程
• 2.2.3 液压机整机系统模型
• 第三章 液压系统仿射非线性模型的微分反馈线性化
• 3.1 仿射非线性系统的解耦及线性化处理方法概述
• 3.2 微分几何数学基础
• 3.2.1 几个基本定义
• 3.2.2 李代数运算简介
• 3.3 微分反馈线性化方法
• 3.3.1 仿射非线性系统的完全精确反馈线性化
• 3.3.2 仿射非线性系统的输入输出精确线性化
• 3.3.3 仿射非线性系统的稳定性
• 3.4 液压系统仿射非线性模型的输入输出线性化处理
• 3.4.1 液压系统模型的李导数运算
• 3.4.2 反馈和坐标变换
• 3.5 液压系统模型不确定分量对反馈线性化后系统的影响
• ∞控制理论的控制方案'>第四章 基于鲁棒H_∞控制理论的控制方案
• 4.1 现代控制方法及其弊端
• ∞控制理论概述'>4.2 鲁棒H_∞控制理论概述
• ∞控制器的设计方法'>4.3 基于Riccati方程的H_∞控制器的设计方法
• ∞范数与Riccati方程和Riccati不等式'>4.3.1 H_∞范数与Riccati方程和Riccati不等式
• ∞标准设计问题'>4.3.2 H_∞标准设计问题
• ∞控制器设计'>4.4 基于LMI方法的H_∞控制器设计
• 4.4.1 有界实引理
• 4.4.2 基于LMI的控制器设计
• ∞控制方法的液压同步算法设计'>4.5 基于鲁棒H_∞控制方法的液压同步算法设计
• 4.5.1 液压系统考虑外扰影响基于LMI的控制器设计
• 4.5.2 基于LMI的控制器的仿真结果
• ∞控制器设计'>4.5.3 考虑外扰影响和模型参数变化时的H_∞控制器设计
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢