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基于RBF-ARX模型的非线性系统建模和预测控制在磁悬浮系统中的应用

作　者: 曾启
导　师: 彭辉
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 磁悬浮装置 RBF-ARX模型 LQR控制器 实时控制 预测控制
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 55次
引　用: 1次
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内容摘要


随着城市化水平的提高,不少城市都在兴建地铁,然而由于其造价过于昂贵,决策者其实可以考虑磁悬浮列车。实际上,磁悬浮技术除了应用在磁悬浮列车上之外,在磁悬挂天平、磁悬浮轴承、磁悬浮电机等领域也大有所为。但是磁悬浮系统的非线性、开环不稳定、不确定性等特点使得其不容易控制,探索一种精确、实用的控制方法是很有研究价值的。本论文对实验室一套二自由度的吸浮式磁悬浮设备展开研究,首先介绍了磁悬浮的研究现状,在介绍了磁悬浮系统的物理模型、RBF-ARX模型、LQR原理和预测控制原理等基础知识之后,利用PID控制器对系统进行初步控制,采集得到全局动态输入输出数据,据此计算得出磁悬浮系统的RBF-ARX模型,然后进一步利用LQR控制器对系统进行实时控制,最后,利用磁悬浮系统RBF-ARX模型的状态空间表达形式,设计了预测控制策略,仿真运行并完成论文。论文中涉及到了很多参数的选取,本文中对各参数的选取和优化策略都给出了详细说明,有的是根据理论得出,有的是经过反复调试得出,一切工作都是为了得到更好的实际控制效果或者仿真结果服务。最终的结果表明,RBF-ARX模型对磁悬浮系统有非常好的描述能力；而基于RBF-ARX模型的LQR控制器在实时控制中取得了优异的效果,对磁悬浮系统的稳态和动态都有很好的控制效果；在预测控制的仿真中也验证了基于RBF-ARX模型的预测控制器具有很好的性能。希望本文能对实际工业控制过程起到抛砖引玉的作用,并将这种优秀的模型应用到更多的实际工业系统当中去。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 磁悬浮技术概述  9-12
    1.1.1 国外研究和发展概况  9-10
    1.1.2 国内研究和发展概况  10
    1.1.3 磁悬浮技术的应用  10-12
  1.2 论文的研究背景及意义  12-14
    1.2.1 研究背景  12-13
    1.2.2 研究意义  13-14
  1.3 本论文的章节安排  14-15
第二章 磁悬浮控制系统各部分的分析  15-29
  2.1 磁悬浮装置  15-18
    2.1.1 磁悬浮装置的结构及工作原理  15-16
    2.1.2 磁悬浮系统的物理建模  16-18
  2.2 RBF-ARX模型的简介  18-21
    2.2.1 RBF神经网络及ARX模型的结构  18-19
    2.2.2 RBF-ARX模型  19-21
  2.3 LQR最优调节器原理  21-22
  2.4 预测控制的简介  22-28
    2.4.1 预测控制的基本原理  22-24
    2.4.2 广义预测控制  24-28
  2.5 小结  28-29
第三章 基于RBF-ARX模型的磁悬浮实时控制  29-47
  3.1 RBF-ARX模型的辨识  29-32
    3.1.1 磁悬浮系统的RBF-ARX模型结构  29
    3.1.2 RBF-ARX模型的参数辨识和优化  29-32
  3.2 磁悬浮的RBF-ARX模型  32-36
    3.2.1 数据采样  32-34
    3.2.2 磁悬浮RBF-ARX模型的建立  34-36
  3.3 基于RBF-ARX模型的LQR实时控制  36-45
    3.3.1 LQR控制器的设计  36-37
    3.3.2 LQR控制器框架的搭建  37-39
    3.3.3 LQR控制器控制效果分析  39-45
  3.4 小结  45-47
第四章 基于RBF-ARX模型的磁悬浮预测控制  47-53
  4.1 基于RBF-ARX模型的预测控制器的设计  47-52
    4.1.1 磁悬浮系统RBF-ARX模型的状态空间描述  47-48
    4.1.2 磁悬浮系统预测控制器的设计  48-51
    4.1.3 预测控制器参数的选择  51-52
  4.2 基于RBF-ARX模型预测控制器的仿真  52
  4.3 小结  52-53
第五章 工作总结与展望  53-55
  5.1 本文的工作  53
  5.2 今后的研究方向  53-55
参考文献  55-60
致谢  60-61
攻读学位期间主要的研究成果  61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化基础理论 > 自动控制理论
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