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磁浮列车悬浮系统的预测控制研究
| 论文题名： | 磁浮列车悬浮系统的预测控制研究 |
| 关键词： | 磁浮列车;悬浮系统;预测控制 |
| 摘要： | 随着当今社会不断发展，人们对交通快速性、安全性、舒适性、环保性等要求不断提高，磁浮列车作为一种快速高效、节能环保的交通工具，将会在现在及未来拥有较大的发展空间。作为磁浮列车关键控制技术之一，悬浮控制是实现列车运行的基础和前提。所以，如何提高悬浮控制系统的性能具有重要的研究意义，同时也成为了研究热点。 目前，国内外针对磁浮列车悬浮控制的算法有一定研究，但是关于模型预测控制方法的研究还比较少，特别是处理带有约束的目标优化控制。本文以电磁悬浮(EMS)型磁浮列车为研究对象，进行列车悬浮系统的预测控制算法研究，其主要研究内容如下: 第一，建立磁浮列车悬浮系统非线性模型，应用非线性控制系统理论对模型进行稳定性分析;分别采用近似线性化镇定和反馈线性化镇定两种方法对悬浮系统进行状态反馈镇定控制，并仿真比较和分析两种方法的优劣。 第二，在反馈线性化镇定的基础上，利用模型预测控制方法设计磁浮列车悬浮系统的无约束预测控制器。通过加入干扰变量模拟爬坡阻力、外部压力等不确定因素，提高悬浮控制系统的抗干扰能力。 第三，进一步提升控制性能目标，考虑列车运行安全性、平稳性和乘坐舒适性，对悬浮间隙、变化速度和加速度的波动范围进行约束限制，设计磁浮列车悬浮系统的约束预测控制器。针对控制实时性的要求，选用可行高效的原-对偶内点法，设计基于原-对偶内点法的约束优化算法，并再分析原-对偶内点法的潜在问题，进一步设计具有更高效率的基于预测校正原-对偶内点法的约束优化算法。 最后，通过MATLAB仿真验证所设计控制算法的可行性和有效性。 本文采用模型预测控制方法解决磁浮列车悬浮控制问题，能够方便地处理带有约束的目标优化控制，且对干扰摄动具有良好的控制性能;基于预测校正原-对偶内点法的约束优化算法具有较高的运算效率，确保了算法的实时性和可行性。仿真结果表明，本文提出的模型预测控制算法能够很好地满足磁浮列车悬浮过程中的多约束、实时性和抗干扰性能要求。 |
| 作者： | 张振霖 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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