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基于反馈线性化的永磁直线伺服系统鲁棒控制策略的研究

作　者: 张琳琳
导　师: 蓝益鹏
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 永磁直线电动机反馈线性化微分几何方法鲁棒控制
分类号: TM921.541
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

永磁直线同步电动机直接驱动数控机床时,由于永磁直线电动机电枢铁心的开断和定子绕组的不连续,存在端部效应、参数摄动以及非线性等不确定性因素。同时,负载扰动没有缓冲而直接作用于电动机,使系统的不确定性因素进一步加剧,增加了控制上的困难。由此本文对永磁直线伺服系统进行了基于反馈线性化鲁棒控制策略的研究。由于永磁直线同步电动机的数学模型具有非线性和变量耦合的特性,使得其在高速度、精确化和高速跟踪反应能力的直线伺服进给驱动中受到了一定的限制。本文对微分几何理论中的状态反馈精确线性化方法及输入输出解耦线性化方法进行了系统的分析比较,并在永磁直线同步电动机非线性动态数学模型的基础上,采用输入输出解耦反馈线性化方法,求出非线性系统的状态反馈线性化控制律,并通过坐标变换得到永磁直线同步电动机的输入—输出线性化的模型,对永磁直线伺服系统实现了线性化与解耦。在线性化模型基础上建立系统的状态空间模型,将对线性化模型的控制问题归结为标准的H_∞控制问题。采用H_∞鲁棒控制理论,基于黎卡提(Riccati)不等式的处理方法,通过求Riccati不等式的正定解,从而求出H_∞鲁棒控制器。在保证闭环系统稳定的前提下,提高系统跟踪的快速性和精确性。最后,为验证控制算法的有效性,对系统进行了仿真研究,并与PI控制的永磁直线伺服系统进行比较。仿真结果表明基于反馈线性化的鲁棒控制方法应用于永磁直线伺服控制系统中,响应快、鲁棒性能好,并对负载扰动的影响具有一定的抑制能力。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 课题研究现状  11-15
    1.2.1 国内外直线电机的研究现状  11-13
    1.2.2 永磁直线同步电机控制策略的发展概况  13-15
  1.3 本课题研究的主要内容  15-17
第二章永磁直线同步电动机概述  17-21
  2.1 永磁直线同步电动机数学模型  17-18
  2.2 永磁直线同步电机结构和工作原理  18-20
    2.2.1 永磁直线同步电机的结构  18-19
    2.2.2 永磁直线同步电动机的基本工作原理  19-20
  2.3 永磁直线同步电动机伺服系统组成  20-21
第三章非线性控制系统和非线性反馈线性化方法  21-41
  3.1 非线性控制系统简述  21-22
  3.2 非线性控制理论研究的主要方法  22-30
  3.3 非线性系统反馈线性化方法  30-41
    3.3.1 微分几何法  30-33
    3.3.2 输入输出解耦线性化  33-38
    3.3.3 状态反馈精确线性化  38-40
    3.3.4 两种方法的比较  40-41
第四章基于反馈线性化的永磁直线伺服系统的鲁棒控制  41-60
  4.1 永磁直线伺服系统鲁棒控制器的设计  41-50
    4.1.1 H_∞控制理论的提出  41-43
    4.1.2 H_∞性能指标  43-45
    4.1.3 标准H_∞控制问题  45-48
    4.1.4 状态反馈H_∞控制  48-50
  4.2 永磁直线伺服系统的反馈线性化  50-56
    4.2.1 永磁直线伺服系统模型  50-52
    4.2.2 状态反馈精确线性化的应用分析  52-53
    4.2.3 输入输出解耦线性化的应用分析  53-56
  4.3 基于反馈线性化永磁直线伺服系统H_∞鲁棒控制器的设计  56-59
  4.4 基于反馈线性化永磁直线伺服系统鲁棒控制的原理框图  59-60
第五章基于反馈线性化永磁直线伺服系统鲁棒控制的仿真与分析  60-65
  5.1 永磁直线同步电动机仿真参数  60
  5.2 控制系统仿真模型  60-62
  5.3 系统的仿真结果与分析  62-65
第六章结论  65-66
参考文献  66-68
在学研究成果  68-69
致谢  69

基于反馈线性化的永磁直线伺服系统鲁棒控制策略的研究

内容摘要

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