基于狀態(tài)相依ARX模型的預(yù)測(cè)控制在磁懸浮系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、本文研究的磁懸浮球系統(tǒng)是一個(gè)具有強(qiáng)非線性、開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性和對(duì)控制實(shí)時(shí)性要求極高的控制對(duì)象。該系統(tǒng)具有物理參數(shù)不確定性，易受環(huán)境影響等特點(diǎn)，具有類似特點(diǎn)的系統(tǒng)在工業(yè)過(guò)程控制中較普遍。因此對(duì)磁懸浮球系統(tǒng)進(jìn)行研究是一件很有意義的工作。
　　本文首先簡(jiǎn)述了磁懸浮球系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)成，推導(dǎo)出了磁懸浮系統(tǒng)的線性化物理模型，并分析了系統(tǒng)的可控性、可觀性和開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)對(duì)象的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性。然后介紹了ARX模型、RBF-ARX模

2、型和LLRBF-ARX模型的模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)辨識(shí)方法—結(jié)構(gòu)化非線性參數(shù)優(yōu)化方法(SNPOM)，并將這三種模型結(jié)構(gòu)應(yīng)用于磁懸浮球系統(tǒng)的實(shí)際建模中。接著，本文詳細(xì)介紹基于此三類模型的預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)方法，并將其應(yīng)用于磁懸浮球系統(tǒng)的控制中，給出了相應(yīng)的仿真控制和實(shí)時(shí)控制結(jié)果。結(jié)果表明基于RBF-ARX模型和LLRBF-ARX模型的預(yù)測(cè)控制器在磁懸浮球位置控制中具有較好的控制性能。最后，設(shè)計(jì)了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)比較與分析PID控制器，基于ARX模型

3、的預(yù)測(cè)控制器(ARX-MPC)和基于RBF-ARX模型的預(yù)測(cè)控制器(RBF-ARX-MPC)的實(shí)時(shí)控制效果，發(fā)現(xiàn)ARX-MPC和RBF-ARX-MPC的控制性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制，而且RBF-ARX-MPC能在更大的范圍上實(shí)現(xiàn)磁懸浮球位置的控制，在此大范圍上，PID與ARX-MPC控制均已失控。同時(shí)，本文給出了各控制器的控制性能指標(biāo)的詳細(xì)比較，定量地證明了RBF-ARX-MPC在磁懸浮球位置控制中具有良好的控制效果和更大的控制范圍，