本文關(guān)鍵詞：磁懸浮球系統(tǒng)控制算法的研究

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【摘要】：磁懸浮技術(shù)是磁懸浮列車、磁懸浮高速電機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵,磁懸浮控制技術(shù)作為磁懸浮技術(shù)的核心受到了人們的廣泛關(guān)注。磁懸浮控制器開發(fā)難度大的原因在于磁懸浮系統(tǒng)本身的不確定性。因此,設(shè)計(jì)-個(gè)品質(zhì)優(yōu)良的控制器需要一個(gè)精度高的磁懸浮系統(tǒng)作為保障。磁懸浮球系統(tǒng)憑借實(shí)時(shí)控制要求度高的特點(diǎn),成為了各種控制算法實(shí)施、檢驗(yàn)的對(duì)象。本文以磁懸浮球控制系統(tǒng)為研究對(duì)象,尋求更高精度的控制算法以及更具針對(duì)性的控制性能評(píng)價(jià)方式。首先在磁懸浮球系統(tǒng)特性、構(gòu)成以及工作原理等相關(guān)知識(shí)充分了解的基礎(chǔ)之上,利用力學(xué)、電磁學(xué)等知識(shí)建立了系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)建模及線性化后的模型,并借助MATLAB工具分析系統(tǒng)的可控性、可觀性、穩(wěn)定性�；赑ID算法的磁懸浮球控制系統(tǒng)并不具備優(yōu)質(zhì)的動(dòng)態(tài)性能,為了解決這個(gè)問題,將動(dòng)態(tài)性能較高的模糊控制算法與其結(jié)合,構(gòu)建了模糊PID控制器。接著以模糊PID控制的機(jī)理為著手點(diǎn),剖析控制中出現(xiàn)的問題,并提出了三種改善手段,利用其中一種改善方式即模糊變量論域范圍的優(yōu)化引出了變論域自適應(yīng)模糊PID控制器。隨后進(jìn)行仿真驗(yàn)證,結(jié)果說明通過模糊變量論域范圍的優(yōu)化使控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能更高,為后續(xù)的實(shí)時(shí)控制提供了理論依據(jù)。針對(duì)在不同類別信號(hào)輸入的情況下,控制參數(shù)優(yōu)化滿意度量化程度低、控制系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏針對(duì)性的問題,提出了一種新的控制算法即多類別滿意優(yōu)化控制算法,該算法采用基于遺傳算法的PID控制器,得到全局中的最滿意解。該算法將控制系統(tǒng)的待優(yōu)化變量設(shè)定為Kp,Ki,Kd,分別在階躍、正弦、方波、鋸齒以及隨機(jī)信號(hào)的輸入下,通過預(yù)設(shè)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和滿意度函數(shù)進(jìn)行分類評(píng)價(jià),最終得出滿意的優(yōu)化結(jié)果,并利用仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。最后針對(duì)設(shè)計(jì)控制器的有效性,利用磁懸浮球控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制平臺(tái),對(duì)兩種算法進(jìn)行驗(yàn)證�；谧冋撚蜃赃m應(yīng)模糊PID控制算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以獲取到常規(guī)控制算法難以達(dá)到的效果,同時(shí)給出了量化后的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)；基于多類別滿意優(yōu)化控制算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明遺傳算法PID控制在針對(duì)無突變類的跟蹤信號(hào)時(shí)控制器跟蹤效果相對(duì)較好,針對(duì)突變類的跟蹤信號(hào)時(shí)控制器跟蹤效果相對(duì)較差,同時(shí)給出了不同類別信號(hào)對(duì)應(yīng)的類別的評(píng)價(jià)性能指標(biāo)集和相應(yīng)指標(biāo)集中每個(gè)指標(biāo)的滿意度。通過對(duì)應(yīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的直觀顯示,磁懸浮球控制系統(tǒng)的控制性能的評(píng)價(jià)情況變得更加的直接化、體系化。
【關(guān)鍵詞】：磁懸浮球系統(tǒng) 變論域自適應(yīng) 多類別 滿意優(yōu)化 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 磁懸浮技術(shù)概述11-12
• 1.1.1 磁懸浮技術(shù)簡介11
• 1.1.2 磁懸浮技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀11-12
• 1.2 磁懸浮球控制系統(tǒng)控制方法研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 課題的研究的目的與意義14-15
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 磁懸浮球控制系統(tǒng)建模與分析16-26
• 2.1 磁懸浮球系統(tǒng)的構(gòu)成16
• 2.2 磁懸浮球系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)16-18
• 2.2.1 磁懸浮球系統(tǒng)工作原理16-17
• 2.2.2 磁懸浮球系統(tǒng)特點(diǎn)17-18
• 2.3 磁懸浮球系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立18-21
• 2.3.1 動(dòng)力學(xué)方程18-19
• 2.3.2 電磁力學(xué)方程19-20
• 2.3.3 電學(xué)方程20-21
• 2.3.4 邊界方程21
• 2.3.5 非線性化數(shù)學(xué)模型21
• 2.4 磁懸浮球系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的線性化21-25
• 2.4.1 模型的線性化22-23
• 2.4.2 線性化模型的實(shí)參化23
• 2.4.3 磁懸浮系統(tǒng)的特性分析23-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第三章 磁懸浮球控制系統(tǒng)變論域自適應(yīng)模糊PID控制器設(shè)計(jì)26-39
• 3.1 PID控制器設(shè)計(jì)26-29
• 3.1.1 PID控制的基本原理26-27
• 3.1.2 PID控制器的仿真27-28
• 3.1.3 PID控制器局限性28-29
• 3.2 模糊PID控制器設(shè)計(jì)29-34
• 3.2.1 模糊PID控制的基本原理29-33
• 3.2.2 模糊PID控制器的仿真33-34
• 3.2.3 模糊PID控制器的局限性及改進(jìn)34
• 3.3 變論域自適應(yīng)模糊PID控制器設(shè)計(jì)34-38
• 3.3.1 變論域自適應(yīng)模糊PID控制的基本原理35-36
• 3.3.2 變論域自適應(yīng)模糊PID控制器的仿真36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 磁懸浮球控制系統(tǒng)的多類別滿意優(yōu)化控制器設(shè)計(jì)39-49
• 4.1 多類別滿意優(yōu)化控制方法介紹39-42
• 4.1.1 多類別滿意優(yōu)化控制原理39-40
• 4.1.2 多類別滿意優(yōu)化控制算法實(shí)現(xiàn)40-42
• 4.2 多類別滿意優(yōu)化控制器仿真實(shí)現(xiàn)42-48
• 4.2.1 基于多類別滿意優(yōu)化控制的磁懸浮球控制系統(tǒng)仿真43-44
• 4.2.2 基于多類別滿意優(yōu)化控制的磁懸浮球控制系統(tǒng)性能分析44-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第五章 磁懸浮球系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制平臺(tái)的研究49-57
• 5.1 磁懸浮系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建49-50
• 5.1.1 硬件平臺(tái)的搭建49
• 5.1.2 軟件平臺(tái)的搭建49-50
• 5.2 磁懸浮球閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)50-56
• 5.2.1 基于變論域自適應(yīng)模糊PID控制的實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)50-52
• 5.2.2 基于多類別滿意優(yōu)化控制的實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)52-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 總結(jié)與展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研情況62

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