模糊控制在悬浮系统中的应用

论文摘要

磁悬浮系统是典型的非线性不稳定系统,由于系统自身结构的复杂性和外部运行环境的不确定性,很难获得系统的精确模型。模糊控制系统作为一种具有人工智能的控制系统,对于复杂的、不确定的非线性系统有着很好的鲁棒性和自适应性,能够取得满意的动态性能和稳态性能。非线性系统基于平衡点线性化模型设计方法在系统远离平衡点时控制效果不佳、容易失稳;而反馈线性化方法需要系统的精确模型、对参数精确估计要求过高及运算复杂。本文将模糊控制应用于悬浮控制系统中,克服上述的两种设计方法的局限性。本文主要内容为:首先对系统进行建模,并对常规的控制算法的局限性进行分析,提出模糊控制算法;然后采用常规的模糊控制方法设计悬浮控制器,并对其存在的不足进行相应的改进,获得较为理想的控制效果:最后将模糊控制和PID控制结合起来,既保留了模糊控制智能化的优点,又具有PID控制连续平滑的特点,大大改进了系统的控制性能。从模糊控制系统理论设计到软件仿真分析,再到具体的实验验证,得出结论为:采用模糊控制可以明显提高系统的动态性能和抗干扰性,而将连续控制如PID控制和模糊控制结合起来,可以克服常规模糊控制精度不高的缺点,从而达到最优的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 EMS型磁浮列车的发展和现状
• 1.2 EMS型磁浮列车控制算法的研究现状
• 1.3 本论文研究的意义与主要内容
• 第二章 单磁铁悬浮系统的建模与常规控制算法分析
• 2.1 引言
• 2.2 单磁铁悬浮系统模型
• 2.2.1 单磁铁悬浮系统的数学模型
• 2.2.2 系统特性分析
• 2.3 基于平衡点线性化模型的电流环串级控制
• 2.3.1 电流环的串级控制
• 2.3.2 积分控制
• 2.4 基于反馈线性化模型的电流环串级控制
• 2.5 仿真对比分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 悬浮系统的模糊控制器设计和分析
• 3.1 引言
• 3.2 悬浮系统的模糊控制器设计
• 3.2.1 连续论域设计
• 3.2.2 基于连续论域设计的常规模糊控制器的仿真及其分析
• 3.2.3 基于连续论域设计的常规模糊控制器的简化和实现
• 3.2.4 离散论域查表法设计
• 3.2.5 基于查表法设计的常规模糊控制器的仿真及其分析
• 3.2.6 基于查表法设计的常规模糊控制器的改进和实现
• 3.3 模糊控制的稳定性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 悬浮系统的模糊PID复合控制设计和分析
• 4.1 引言
• 4.2 模糊-PID变结构控制
• 4.3 模糊自整定PID控制
• 4.3.1 智能变速积分设计
• 4.3.2 PD参数模糊自整定
• 4.4 本章小结
• 第五章 悬浮控制系统的实现与实验验证
• 5.1 引言
• 5.2 悬浮控制器的硬件和软件设计
• 5.2.1 悬浮控制器硬件设计
• 5.2.2 数字控制器软件设计
• 5.3 悬浮控制实验
• 5.3.1 悬浮架子实验
• 5.3.2 转向架实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文