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基于T-S模糊模型的超高层电梯的鲁棒控制

作 者: 王娇
导 师: 胡庆
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 电力电子与电力传动
关键词: 电梯 T-S模糊模型 鲁棒H_∞控制 非线性 不确定性
分类号: TP273.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 85次
引 用: 1次
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内容摘要


本文主要针对超高层/高层高速电梯的控制器设计问题以及电梯的垂直运动加以讨论。控制目的是获得良好的再平层性能和跟踪性能,实现多目标控制和非线性控制。性能要求可由运行时间、停靠精度、位置超调和乘坐质量等指标矩阵来衡量。现代电梯性能要求非常严格,而且这些要求必须在充分考虑模型不确定性和未建模动态的情况下达到。在电梯运动过程中,曳引绳和补偿绳的刚度系数和阻尼系数发生变化,即参数不确定性对系统产生影响。对超高层超高速电梯来说,随着电梯从某一层运行到另一层,曳引绳的“有效长度”(轿厢与曳引轮之间的距离)发生变化,随之垂直运动动态也发生变化,因此,电梯垂直运动动态本质上是非线性的。鲁棒性的需求要求控制系统必须解决参数不确定性问题和与扰动(例如,钢丝绳的动态特性)有关的问题。在描述电梯垂直运动时,要考虑参数变化对系统的影响,同时使系统获得良好性能,实现控制想要达到的目的,传统的PID控制手段不能满足,因此为满足要求本文对电梯系统构建了一个T-S模糊模型。模型建立充分考虑了曳引钢丝绳动态性能和存在系统参数不确定性(如曳引钢丝绳的刚度和阻尼)问题。电梯系统是一个复杂的非线性系统,对此本文建立了一个参数不确定广义T-S模糊模型,并基于并行分配补偿原理为其设计局部状态反馈控制器,得到了使闭环系统渐近稳定并满足一定H8性能指标的充分条件,用线性矩阵不等式(LMI)方法表示,一次完成系统渐近稳定的判定而且满足所要的性能指标,同时得到状态反馈增益矩阵。本文提出的控制方法能够满足高度为500m(大约135层),最高运行速度为17m/s(实际小于17m/s)电梯的性能要求,并且将非线性和不确定性耦合到电梯系统模型中,使模型可以更加充分地反应电梯的特性。文中选取了电梯系统1层、67层和135层三个典型楼层为设计模型,并对每个层次上电梯的运行状态进行仿真。在满足控制器性能要求的基础上,仿真结果证明了该控制方法简洁、有效。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 电梯概述  10-16
    1.1.1 电梯的构成  10
    1.1.2 电梯的分类  10-12
    1.1.3 曳引电梯的构成  12-16
  1.2 课题的背景和意义  16-19
    1.2.1 课题研究的背景  16-17
    1.2.2 课题研究的意义  17-18
    1.2.3 高层电梯的发展  18-19
  1.3 本论文的主要工作  19-20
第二章 曳引电梯的模型  20-28
  2.1 曳引电梯的物理结构  20-21
  2.2 曳引电梯的数学模型  21-27
    2.2.1 曳引电梯动态模型  21-24
    2.2.2 曳引电梯典型模型  24-25
    2.2.3 曳引电梯运动模型  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 T-S模糊系统的鲁棒H_8控制  28-52
  3.1 鲁棒H_8控制  28-36
    3.1.1 鲁棒H_∞控制概述  28-30
    3.1.2 H_∞控制器设计  30-32
    3.1.3 参数不确定性系统H_8鲁棒控制  32-36
  3.2 模糊控制  36-39
    3.2.1 模糊控制理论概述  36-38
    3.2.2 模糊控制系统  38-39
  3.3 T-S模糊控制  39-48
    3.3.1 Mamdani模糊模型  39-40
    3.3.2 Takagi-Sugeno模糊模型  40-41
    3.3.3 T-S模糊模型的稳定性分析  41-45
    3.3.4 参数不确定广义T-S模糊模型  45-48
  3.4 超高层电梯系统T-S模糊模型  48-50
    3.4.1 超高层电梯系统的参数不确定广义T-S模糊模型  49
    3.4.2 超高层电梯系统模型的鲁棒稳定性分析  49-50
  3.5 本章小结  50-52
第四章 超高层电梯系统T-S模糊鲁棒控制器的LMI设计  52-66
  4.1 线性矩阵不等式设计  52-54
    4.1.1 线性矩阵不等式  52-53
    4.1.2 线性矩阵不等式的标准问题  53-54
    4.1.3 线性矩阵不等式确定  54
  4.2 超高层电梯T-S模糊鲁棒控制器设计  54-57
  4.3 控制器性能要求  57-58
  4.4 仿真分析  58-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章 结论与展望  66-68
  5.1 本课题的结论  66
  5.2 研究展望  66-68
参考文献  68-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 模糊控制、模糊控制系统
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