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轧机液压伺服位置系统多模型切换控制研究

作　者: 王志杰
导　师: 方一鸣
学　校: 燕山大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 轧机液压伺服系统多模型切换共同滑模面滑模变结构控制输入受限 L2增益平均驻留时间
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

液压伺服系统具有响应速度快、承载能力强等优点,在工业、国防、航天等领域有广泛应用。但液压伺服系统具有较大的参数时变性、不确定性和非线性,尤其随工况的变化而存在参数跳变:如轧机液压伺服系统运动微分方程中的弹性负载力或弹性刚度系数和外负载力,在油缸活塞接触到刚性负载前后存在从0到一个很大值的跳变,从而引起系统结构变化,影响系统的性能,同时,轧机液压伺服系统中也存在控制输入饱和问题。因此,针对轧机液压伺服系统模型存在的参数和结构跳变以及控制输入饱和问题进行多模型切换控制研究,确保液压伺服系统大范围工况下的稳定性,获得更好的动静态性能。其研究将会进一步丰富多模型切换控制领域的理论成果,并且可使理论成果面向实际,具有重要的理论意义。本文首先建立轧机液压伺服位置系统的数学模型,进行模型参数计算和分析;针对系统参数和结构的跳变,建立轧机液压伺服系统在连续工作时不同工况下的多模型集。其次,针对轧机液压伺服系统模型结构和参数的跳变问题,提出一种多模型切换滑模变结构控制方案,采用模型最佳匹配性能指标设计了切换策略,并分析了系统的稳定性。然后与常规的自适应滑模变结构控制进行了仿真对比。第三,考虑到控制输入受限,应用公共Lyapunov函数方法提出了一种L₂增益抗饱和多模型切换控制策略,采用LMI（线性矩阵不等式）方案设计每个模型所对应的局部控制器,得到控制器集;根据系统压力的变化特点给出了控制器的切换律,通过仿真验证了该方法的有效性。最后,为降低公共Lyapunov函数方法设计控制器的保守性,应用多Lyapunov函数方法,提出了基于平均驻留时间法的轧机液压伺服系统抗饱和多模型切换控制策略,最后通过仿真验证了该方法的有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
    1.1.1 课题研究的背景  10-11
    1.1.2 研究意义  11
  1.2 轧机液压伺服系统多模型切换的国内外研究现状  11-16
    1.2.1 轧机液压伺服系统的研究现状  11-13
    1.2.2 多模型切换控制的研究现状  13-15
    1.2.3 输入受限的多模型切换控制研究现状  15-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-18
第2章轧机液压伺服位置系统数学模型  18-24
  2.1 引言  18
  2.2 轧机液压伺服位置系统数学模型  18-23
    2.2.1 轧机液压伺服位置系统非线性模型  18-21
    2.2.2 轧机液压伺服位置系统线性模型  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章轧机液压伺服位置系统多模型切换滑模变结构控制  24-34
  3.1 引言  24
  3.2 常规滑模变结构自适应控制器设计  24-25
  3.3 轧机液压伺服位置系统多模型切换滑模变结构控制  25-30
    3.3.1 基于共同滑模面的切换控制器设计  25-29
    3.3.2 切换策略的设计  29-30
  3.4 仿真研究  30-33
    3.4.1 常规滑模变结构自适应控制系统仿真  31-32
    3.4.2 基于共同滑模面的切换控制系统仿真  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章输入受限的轧机液压伺服系统L2增益多模型切换控制  34-47
  4.1 引言  34
  4.2 预备知识  34-36
  4.3 输入受限的轧机液压伺服切换系统设计及其稳定性分析  36-41
  4.4 切换系统的状态反馈控制器设计  41-43
  4.5 轧机液压伺服切换控制系统仿真研究  43-46
  4.6 本章小结  46-47
第5章基于平均驻留时间法的液压伺服系统抗饱和多模型切换控制  47-59
  5.1 引言  47
  5.2 基于平均驻留时间法的切换系统设计及其稳定性分析  47-53
  5.3 多模型切换系统状态反馈控制器的设计  53-55
  5.4 轧机液压伺服切换控制系统仿真研究  55-57
  5.5 本章小结  57-59
结论  59-61
参考文献  61-66
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  66-67
致谢  67-68
作者简介  68

轧机液压伺服位置系统多模型切换控制研究

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