本文關(guān)鍵詞：平移式噴灌機(jī)電機(jī)振動(dòng)的非線性控制方法研究　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：目前,關(guān)于線性系統(tǒng)的控制理論已經(jīng)比較成熟,在生產(chǎn)實(shí)踐中也得到了廣泛的應(yīng)用。然而,世界的本質(zhì)是非線性的,嚴(yán)格來(lái)講,現(xiàn)實(shí)中的系統(tǒng)都是非線性的。我們知道,線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)存在本質(zhì)上的區(qū)別,目前尚未有關(guān)于非線性系統(tǒng)的一致控制算法。平移式噴灌機(jī)在移動(dòng)的過(guò)程中要受到土壤質(zhì)地、水分含量、地形等多種因素的影響,很難保證噴灌機(jī)沿著預(yù)定的路線穩(wěn)定行走。特別是其核心部件水泵調(diào)壓永磁同步電機(jī)系統(tǒng)和桁架行走驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng):永磁同步電機(jī)水泵的突然開(kāi)閉引起的水錘效應(yīng)、以及根據(jù)不同的土壤水分含量進(jìn)行壓力、流量調(diào)節(jié)引起的不同工況之間的過(guò)渡;噴灌機(jī)在移動(dòng)的過(guò)程中會(huì)受到坑洼地形、石塊等障礙物、以及土壤質(zhì)地和水分含量不同引起的驅(qū)動(dòng)力變化,都將導(dǎo)致電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的驟然增減,這將引發(fā)電機(jī)的定子電流和轉(zhuǎn)速產(chǎn)生非線性振動(dòng)甚至燒壞電機(jī),嚴(yán)重影響噴灌機(jī)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。因此設(shè)計(jì)先進(jìn)的控制策略對(duì)其進(jìn)行控制,對(duì)保證平移式噴灌機(jī)在田間穩(wěn)定可靠運(yùn)行具有非常重要的意義。論文的主要工作如下:(1)研究了一類(lèi)磁彈體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征及控制方法。首先,通過(guò)觀察其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)初步判斷該系統(tǒng)具有復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特征;接著,從系統(tǒng)的耗散性、Poincaré映射和Lyapunov指數(shù)譜更深刻的認(rèn)知了系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性;基于變結(jié)構(gòu)控制理論的基本思想,為該磁彈體系統(tǒng)設(shè)計(jì)了滑�？刂破�,分別將其控制到固定點(diǎn)和周期軌道,并驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制策略的有效性。進(jìn)一步,提出一類(lèi)新翼倍增分?jǐn)?shù)階系統(tǒng),分析了其翼倍增行為并通過(guò)搭建電路對(duì)其物理實(shí)現(xiàn)。對(duì)于更難控制的翼倍增系統(tǒng),基于分?jǐn)?shù)階穩(wěn)定性定理,為其設(shè)計(jì)了有效的滑模同步控制器。(2)針對(duì)一類(lèi)新的二次非線性系統(tǒng),研究了其唯一的參數(shù)k,分析得到該參數(shù)在一定范圍內(nèi)取值時(shí)可將系統(tǒng)吸引子由兩個(gè)翼的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變?yōu)樗囊淼耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)翼倍增。搭建電路對(duì)該翼倍增系統(tǒng)進(jìn)行了物理實(shí)現(xiàn),電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值仿真相一致。運(yùn)用非線性動(dòng)力學(xué)分析方法,分析了系統(tǒng)隨著參數(shù)變化時(shí)所經(jīng)歷的穩(wěn)定、準(zhǔn)周期到混沌的過(guò)渡過(guò)程。針對(duì)該非線性特性更強(qiáng)的翼倍增系統(tǒng),基于T-S模糊模型和線性矩陣不等式,設(shè)計(jì)出使該翼倍增系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的魯棒模糊控制器。(3)研究了一類(lèi)含有不確定參數(shù)的分?jǐn)?shù)階非線性系統(tǒng),通過(guò)分?jǐn)?shù)階線性時(shí)不變區(qū)間矩陣?yán)碚搶?duì)系統(tǒng)的不確定性進(jìn)行描述。基于廣義T-S模糊模型和分?jǐn)?shù)階穩(wěn)定性定理,創(chuàng)新性的為該分?jǐn)?shù)階非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)地模糊控制器,并以方便求解的線性矩陣不等式的形式給出系統(tǒng)更加實(shí)用的穩(wěn)定條件,并借助數(shù)值仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制器的有效性和魯棒性。(4)目前對(duì)于整數(shù)階非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究主要是基于漸近穩(wěn)定的Lyapunov穩(wěn)定性理論,其對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)品質(zhì)的考慮較少�？紤]到實(shí)際系統(tǒng)對(duì)過(guò)渡時(shí)間、超調(diào)量和振蕩次數(shù)等動(dòng)態(tài)品質(zhì)的控制要求,基于有限時(shí)間穩(wěn)定性定理,提出了一種新的Terminal滑模面,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的終端滑�？刂破�,實(shí)現(xiàn)對(duì)一類(lèi)整數(shù)階非線性系統(tǒng)的有限時(shí)間穩(wěn)定控制。(5)提出一種基于時(shí)頻域轉(zhuǎn)換的頻率分布模型,將分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為等價(jià)的整數(shù)階系統(tǒng),利用經(jīng)典的Lyapunov定理分析其穩(wěn)定性。并為分?jǐn)?shù)階非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)了新的滑模面及終端滑�？刂破�,所設(shè)計(jì)的控制器能夠抵抗系統(tǒng)的不確定性和外界擾動(dòng)。通過(guò)兩個(gè)典型的例子包括三維分?jǐn)?shù)階非線性Lorenz系統(tǒng)和四維分?jǐn)?shù)階非線性Chen系統(tǒng),驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制器的有效性和魯棒性。(6)綜合模糊與模型預(yù)測(cè)控制算法,為一類(lèi)有約束非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)了模糊模型預(yù)測(cè)控制器。在考慮系統(tǒng)存在約束和擾動(dòng)的情況下,設(shè)計(jì)的模糊預(yù)測(cè)控制器仍然能實(shí)現(xiàn)對(duì)一類(lèi)非線性系統(tǒng)的有效控制。以不同維數(shù)的非線性系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究,系統(tǒng)均能很好的跟蹤參考軌跡。所研究的模糊預(yù)測(cè)控制方法可以推廣應(yīng)用于其他類(lèi)似的非線性系統(tǒng)中。(7)研究了平移式噴灌機(jī)水泵調(diào)壓系統(tǒng)中永磁同步電機(jī)的有限時(shí)間控制方法。考慮到非額定工況下其定子電流和轉(zhuǎn)速對(duì)過(guò)渡時(shí)間、超調(diào)量和震蕩次數(shù)等動(dòng)態(tài)品質(zhì)的要求,將有限時(shí)間穩(wěn)定性理論引入到永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制中,為永磁同步電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了有限時(shí)間滑模控制器。進(jìn)一步,基于分?jǐn)?shù)階穩(wěn)定性理論和廣義T-S模糊模型,為永磁同步電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了分?jǐn)?shù)階有限時(shí)間模糊控制器,以線性矩陣不等式的形式給出系統(tǒng)更為嚴(yán)格的穩(wěn)定條件,并給出了詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明。另外,針對(duì)土壤質(zhì)地、水分含量、地形等多種因素引起的無(wú)刷直流電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的驟然增減,導(dǎo)致桁架行走驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)定子電流和轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的非線性振動(dòng),結(jié)合模糊和廣義預(yù)測(cè)控制技術(shù),為其設(shè)計(jì)了相應(yīng)地非線性模糊廣義預(yù)測(cè)控制器,為相關(guān)桁架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制提供了參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S277.94

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