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永磁直线伺服系统非线性自适应鲁棒控制的研究

作　者: 孙文义
导　师: 蓝益鹏
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 直线伺服系统 自适应控制 鲁棒控制 参数辨识 遗传算法
分类号: TM921.541
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


直线伺服驱动技术应用于数控机床领域是一次重大的技术变革。由于直线同步电动机消除了旋转电机由旋转运动到直线运动的机械传动链的影响,且具有电磁推力强度高、损耗低、电气时间常数小、响应快等特点,所以它极大地提高了进给系统的快速性和精度。由于模型摄动、负载扰动等不确定因素的影响将直接反映到直线电机的运动控制中而中间没有任何的缓冲衰减过程。因此,对控制技术提出了严格的要求,即必须充分考虑到系统的诸多不确定性而要求系统在任何情况下都应具有很高的鲁棒稳定性和鲁棒品质。自适应鲁棒控制正是针对控制对象模型的不确定性,设法保持系统的鲁棒稳定性和鲁棒性品质的一种控制方法。对永磁直线伺服系统提出非线性自适应鲁棒控制器的优化设计方法。在永磁直线伺服系统非线性数学模型的基础上,为实现对速度和电流的准确跟踪,建立了误差系统的动态模型。将跟踪和干扰抑制归结为非线性自适应鲁棒控制器设计问题,通过构造存储函数得到包含电阻和电感辨识算法的自适应鲁棒控制器的定理,证明定理给出的控制器能满足干扰抑制和系统的渐进稳定。自适应控制虽然有很好的鲁棒特性,但其控制效果在很大程度上依赖于控制器参数的选择。由于控制器参数整定没有具体方法可循,大多是采用试凑的方法得到较好的结果。如果调整参数过多的话,这种试凑的方法很难实现。因此,本文提出了采用遗传算法整定控制器参数的方法,将性能指标作为相应适应度函数,设计了自适应优化控制器。仿真结果表明,该设计方法能很好的抑制扰动和跟踪给定,满足对高性能永磁直线伺服系统控制的要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题的背景和意义  10-11
  1.2 课题研究现状  11-16
    1.2.1 国内外直线电机的研究现状  11-13
    1.2.2 永磁直线伺服系统控制技术的发展  13-16
第二章 永磁同步直线电动机概述  16-28
  2.1 直线电机的原理与结构  16-18
  2.2 永磁同步直线电机的数学模型  18-21
  2.3 矢量控制的基本原理  21-23
    2.3.1 矢量控制原理  21-23
    2.3.2 矢量控制基本方式  23
  2.4 永磁同步直线电机矢量控制方法  23-28
    2.4.1 永磁同步电机矢量控制一般分析  23-25
    2.4.2 永磁同步直线电机矢量控制的实现  25-28
第三章 永磁直线伺服系统非线性自适应鲁棒控制器的设计  28-50
  3.1 L_2控制理论  28-34
    3.1.1 L_2标准设计问题  28-32
    3.1.2 耗散性与L_2增益  32-34
  3.2 自适应鲁棒L_2控制理论研究  34-43
    3.2.1 参数不确定性及自适应功能  35
    3.2.2 自适应控制器  35-38
    3.2.3 自适应鲁棒控制器  38-40
    3.2.4 自适应鲁棒L_2性能设计  40-43
  3.3 永磁直线伺服系统非线性自适应鲁棒L_2控制器设计  43-50
    3.3.1 永磁直线伺服系统非线性自适应鲁棒L_2控制问题的描述  43-45
    3.3.2 永磁直线伺服系统非线性自适应鲁棒L_2控制器设计  45-50
第四章 基于遗传算法的非线性自适应鲁棒控制器的优化设计  50-60
  4.1 基因遗传算法理论基础  50-56
    4.1.1 编码、解码  51
    4.1.2 适应度函数  51-52
    4.1.3 原始种群  52
    4.1.4 停止条件  52-53
    4.1.5 重生与选择  53
    4.1.6 交配  53-55
    4.1.7 突变  55
    4.1.8 基因遗传算法步骤  55-56
  4.2 基于遗传算法优化自适应鲁棒L_2控制器设计  56-60
    4.2.1 待优化参数的确定  56
    4.2.2 染色体编码  56-57
    4.2.3 选取初始种群  57
    4.2.4 适配函数的确定  57
    4.2.5 基因遗传算法的运行参数  57
    4.2.6 具体优化步骤  57-59
    4.2.7 永磁直线电机服非线性自适应鲁棒L_2控制系统原理框图  59-60
第五章 永磁直线伺服系统的非线性自适应鲁棒控制的仿真与分析  60-65
  5.1 控制系统仿真参数  60
  5.2 控制系统仿真模型  60-62
  5.3 仿真结果与分析  62-64
  5.4 小结  64-65
结论与展望  65-66
参考文献  66-69
在学研究成果  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动（电气传动） > 控制系统 > 同步旋转及随动系统 > 伺服系统
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