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磁浮列车多电磁铁悬浮系统的预测控制研究
| 论文题名： | 磁浮列车多电磁铁悬浮系统的预测控制研究 |
| 关键词： | 磁浮列车;悬浮系统;电磁铁;解耦控制算法;预测控制算法 |
| 摘要： | 磁浮列车具有高速舒适、环保节能的特点，可以满足人们对于高质量出行的要求。悬浮控制是磁浮列车的核心，国内外学者已将一些先进控制算法用于磁浮列车的悬浮控制中，但使用模型预测控制的研究还很少。模型预测控制是一种发展非常成熟并已成功用在很多工业领域的控制方法，在处理带有约束问题的目标优化控制方面具有很大优势。 目前对于悬浮控制的研究大多选取单电磁铁为研究对象，但单电控制方案无法抑制悬浮模块的内部耦合，很大程度上也会影响悬浮系统的整体性能。因此，本文选取EMS型磁浮列车的悬浮模块为研究对象，研究多电磁铁悬浮控制方案，通过设计解耦控制算法解决模块内部的状态耦合。在此基础之上，采用预测控制算法对解耦后的模型进行进一步优化控制，以提高悬浮控制性能。具体研究内容如下: 首先，对磁浮列车的悬浮模块进行建模分析，描述基于电压控制的多电磁铁悬浮非线性模型;应用非线性控制系统理论对模型的稳定性进行理论分析，并使用MATLAB/Simulink工具对模型的稳定性进行仿真分析;结合非线性模型对悬浮模块两端的耦合性进行分析。 其次，分析多电磁铁悬浮非线性模型解耦控制的可行性;在此基础上，利用基于微分几何的反馈线性化解耦控制方法，建立列车多电磁铁悬浮解耦模型，并对其解耦能力进行仿真分析。利用传统PID控制方法对解耦模型进行控制，并仿真分析其控制性能。 然后，基于预测控制方法，在解耦模型的基础上加入干扰变量，建立列车多电磁铁悬浮解耦预测控制模型，并对其进行无约束滚动优化。为进一步提升控制性能，以悬浮模块两端的悬浮间隙、变化速度和加速度为约束项，建立悬浮解耦模型的有约束预测控制器。并针对控制实时性的要求，选用可行高效的路径跟踪法，研究基于路径跟踪的约束预测控制器。 最后，通过MATLAB/Simulink平台模拟无干扰和有干扰两种环境来仿真验证所设计控制算法的有效性。仿真结果表明了本文基于路径跟踪法建立的列车有约束悬浮解耦预测控制器的合理性和可行性，并与PID控制算法比较，验证了有约束预测控制算法可以使悬浮系统具有更快的收敛性和更高的稳定性。 |
| 作者： | 刘倩倩 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 周永华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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