电磁永磁混合悬浮系统悬浮控制研究

论文摘要

介绍了研制的混合悬浮系统结构。分析和探讨了四点悬浮的实现策略:机械解耦和电气解耦。然后利用等效法,逐步推导出混合悬浮系统的数学模型,仿真计算了不同气隙下混合悬浮系统的悬浮力,其值远大于相应的纯电磁系统的悬浮力。仿真结果证明混合悬浮的确可以节约大量的电磁励磁安匝,从而大大降低悬浮能耗,是一种很有发展前途的悬浮方式。悬浮力测量实验结果验证了模型的正确性,进而推导出混合悬浮系统的相对参考动态模型和绝对参考动态模型。综述了目前磁悬浮系统悬浮控制的主要方案,介绍了状态反馈控制、滑模控制、最优控制和模糊控制在悬浮控制中的应用,着重论述了针对本文混合悬浮系统的状态反馈控制系统的设计思路。论文给出了应用状态反馈控制的详细实验结果,证明应用状态反馈控制可以实现混合磁极的稳定悬浮,但是系统适应性较差。为了提高悬浮系统的适应性,增强悬浮系统的鲁棒性,将专家控制和模糊控制引入到混合悬浮系统的悬浮控制中,提出了仿人的分层递阶智能控制策略,它包括三层,按照自上而下控制精度逐渐增加,智能程度逐渐减少进行设计。实验表明,本文所提出的仿人分层递阶控制用于混合悬浮系统,在不同工作状况均能获得优秀的控制效果,可以实现快速、稳定、精确悬浮。为了实现无加速度传感器的优秀悬浮,本文提出一种带有调整因子的模糊控制策略,并且对调整因子进行编码,应用具有全局寻优特点的遗传算法进行优化,遗传算法优化时进行了改进,采用优化后的模糊控制器,系统的响应速度加快,并且具有很高的控制精度,省去了加速度传感器,实现了只需位置传感器的优秀的悬浮控制。虽然本文的无加速度传感器控制只是初步的研究,但是从作者实验室条件获得的实验结果来看,只有位置物理传感器的控制,可以达到较高的控制精度,满足磁悬浮系统的悬浮精度要求。基于状态反馈控制、仿人分层递阶智能控制和改进模糊控制,进行了混合悬浮动子的正常悬浮实验、动态悬浮的突加负载实验和跨越障碍实验。实验证明:状态反馈控制可以实现动子动态悬浮,但是系统适应能力较差;本文所提出的仿人分层递阶智能控制鲁棒性很强,能适应各种工作状况,是很有发展潜力的控制策略;本文基于改进的模糊控制,实现了无加速度传感器的混合悬浮系统动态悬浮控制,是一种有益的探索,为工程中实现无加速度传感器控制,做了理论和实验的准备。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磁悬浮列车
• 1.1.1 磁悬浮列车概况
• 1.1.2 磁悬浮列车的分类
• 1.1.3 磁悬浮技术的发展
• 1.1.4 中国大力发展磁悬浮技术的特殊意义及研究现状
• 1.2 混合悬浮方式的优点、研究状况
• 1.2.1 混合悬浮方式的优点
• 1.2.2 混合悬浮方式的研究状况
• 1.3 论文的主要创新点
• 1.4 论文内容的安排
• 1.5 本章小结
• 参考文献
• 第二章 电磁永磁混合悬浮系统的工作原理与建模
• 2.1 混合悬浮系统的结构
• 2.1.1 车体
• 2.1.2 长定子导轨
• 2.2 多点悬浮的实现策略
• 2.2.1 机械解耦
• 2.2.2 电气解耦
• 2.3 混合悬浮系统悬浮力解析
• 2.4 混合悬浮系统悬浮力仿真
• 2.5 混合悬浮系统的动态模型
• 2.5.1 相对参考动态模型
• 2.5.2 绝对参考动态模型
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 电磁永磁混合悬浮系统的状态反馈控制
• 3.1 悬浮系统控制策略研究状况
• 3.1.1 混合悬浮系统的状态反馈控制策略
• 3.1.2 悬浮系统的滑模变结构控制
• 3.1.3 最优控制理论在悬浮控制中的应用
• 3.1.4 模糊控制理论在悬浮控制中的应用
• 3.2 混合悬浮系统的悬浮控制硬件介绍
• 3.3 混合悬浮系统的状态反馈控制策略实验结果
• 3.3.1 混合悬浮系统的状态反馈控制的悬浮实验结果
• 3.3.2 基于状态反馈控制策略的悬浮力实验验证
• 3.4 混合悬浮系统悬浮稳定程度分析
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 电磁永磁混合悬浮系统的仿人分层递阶控制
• 4.1 系统结构
• 4.2 专家系统
• 4.3 模糊控制
• 4.4 状态反馈控制
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 电磁永磁混合悬浮系统的无加速度传感器控制
• 5.1 磁悬浮闭环控制系统的稳定性分析
• 5.2 带调整因子的模糊控制器
• 5.3 基于遗传算法的模糊控制器寻优
• 5.3.1 遗传算法
• 5.3.2 遗传算法的参数编码
• 5.3.3 适应度函数的选择
• 5.3.4 遗传算法的改进
• 5.3.5 优化方式的选择
• 5.3.6 遗传算法的优化结果
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 电磁永磁混合悬浮系统的动态悬浮控制
• 6.1 牵引系统介绍
• 6.2 基于状态反馈控制的混合悬浮系统动态悬浮
• 6.2.1 基于状态反馈控制的正常动态悬浮
• 6.2.2 基于状态反馈控制动态悬浮的突加负载实验
• 6.2.3 基于状态反馈控制的悬浮跨越障碍实验
• 6.3 基于仿人智能控制的混合悬浮系统动态悬浮
• 6.3.1 基于仿人智能控制的正常动态悬浮
• 6.3.2 基于仿人智能控制的动态悬浮的突加负载实验
• 6.3.3 基于仿人智能控制的悬浮跨越障碍实验
• 6.4 无加速度传感器的混合悬浮系统动态悬浮
• 6.4.1 无加速度传感器的正常动态悬浮
• 6.4.2 无加速度传感器悬浮的突加负载实验
• 6.4.3 无加速度传感器悬浮的跨越障碍实验
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论
• 攻读博士学位期间科研情况和发表论文
• 致谢
• 论文答辩说明
• 关于论文使用授权的说明