高速磁浮列車懸浮系統(tǒng)的濾波及容錯(cuò)控制研究.pdf

1、本文以磁浮列車懸浮系統(tǒng)為研究對(duì)象,以提高懸浮系統(tǒng)控制的可靠性為目的,基于線性矩陣不等式(Linear Matrix.Inequality,LMI)處理方法,采用狀態(tài)反饋控制和李亞普諾夫(Lyapunov)穩(wěn)定性理論等方法,對(duì)懸浮系統(tǒng)的容錯(cuò)控制和濾波問題進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　 從單個(gè)電磁鐵受力情況入手,根據(jù)力學(xué)原理,建立了磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)的單點(diǎn)雙鐵模型。針對(duì)懸浮系統(tǒng)非線性、不穩(wěn)定的特點(diǎn),運(yùn)用平衡點(diǎn)展開線性化的方法對(duì)建

2、立的模型進(jìn)行了線性化處理,并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的狀態(tài)空間方程,為后續(xù)工作做準(zhǔn)備。
　　 針對(duì)執(zhí)行器故障,采用被動(dòng)容錯(cuò)控制方式,考慮到系統(tǒng)的輸入時(shí)滯以及存在的不確定因素,研究了魯棒H∞,容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)問題。根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定理論,通過引入狀態(tài)反饋,把系統(tǒng)輸入滯后問題轉(zhuǎn)化為狀態(tài)滯后問題,推導(dǎo)出系統(tǒng)存在魯棒容錯(cuò)控制器應(yīng)滿足的一個(gè)矩陣不等式,然后在此基礎(chǔ)上,引入H∞性能指標(biāo)Jzw,推導(dǎo)出系統(tǒng)存在魯棒H∞容錯(cuò)控制器應(yīng)滿足的另一個(gè)矩陣不

3、等式,再將該矩陣不等式線性化,將魯棒H∞容錯(cuò)控制器存在的問題歸結(jié)為一個(gè)線性矩陣不等式(LMI)的求解問題。利用該方法設(shè)計(jì)的魯棒H∞容錯(cuò)控制器能夠使得系統(tǒng)對(duì)于任意允許的不確定性以及任意執(zhí)行器失效都具有魯棒容錯(cuò)性,并且使系統(tǒng)具有指定范數(shù)的干擾抑制能力。系統(tǒng)在推導(dǎo)過程中選用保守性較小的實(shí)用算法,使所設(shè)計(jì)的控制器具有盡可能小的保守性。
　　 考慮到間隙傳感器測(cè)量的信號(hào)里含有干擾信號(hào),對(duì)一類同時(shí)具有外界干擾和范數(shù)有界參數(shù)不確定性的時(shí)滯系統(tǒng)

4、魯棒H∞濾波問題進(jìn)行了研究。對(duì)于所有容許的參數(shù)不確定性,利用Lyapunov方法,得到以線性矩陣不等式表示的魯棒H∞濾波器設(shè)計(jì)方法。用該方法設(shè)計(jì)的濾波器使得濾波誤差系統(tǒng)漸近穩(wěn)定且滿足一定的H∞性能指標(biāo)。給出了濾波器存在的充分條件,將魯棒H∞濾波器的存在問題歸結(jié)為一個(gè)線性矩陣不等式(LMI)的求解問題。
　　 將設(shè)計(jì)的容錯(cuò)控制器和濾波器應(yīng)用到磁浮列車懸浮系統(tǒng)中,針對(duì)懸浮間隙的變化情況進(jìn)行了仿真研究,仿真研究表明了本文所提方法的合理