基于dspace的磁悬浮球系统预测函数控制

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1、分类号：TP273学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文（专业型）学位论文题目：基于dSPACE的磁悬浮球系统预测函数控制英文题目：PredictiveFunctionalControlofMagneticLevitationBallSystemBasedondSPACE研究生姓名：孟凡斌导师姓名及职称：邵雪卷副教授培养单位：电子信息工程学院工程领域/专业：控制工程论文提交日期：2016年5月论文答辩日期：2016年6月8日答辩委员会主席：曾建潮教授论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在导师指导下，独立进行研究所取得

2、的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本研究所做的任何贡献的个人或集体均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明产生的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：中文摘要中文摘要磁悬浮是一类非接触支撑技术，避免了机械设备的摩损，延长了其使用寿命。在轨道交通运输、非接触式驱动、精密加工、航空航天、生命科学等领域有着广泛的应用。但是由于其非线性不稳定特点，存在一定的控制难度。预测函数控制（PFC）实时性好、鲁棒性强。本文选用固高科技磁悬浮球装置，将PFC其应用于此系统的位置控制中，并搭建dS

3、PACE实时控制平台进行实验研究。首先，阐述课题的研究目的及意义，建立磁悬浮球的数学模型，并对其稳定性和能控性进行分析。其次，搭建基于dSPACE的磁悬浮球实时控制平台。该平台以dSPACEDS1103的软硬件资源为支撑，配合ControlDesk软件，可以方便地完成控制算法验证。再次，将PFC用于磁悬浮球系统中。针对磁悬浮球系统不稳定的特点，采用比例微分环节进行镇定，在此基础上设计了一个PFC控制器进行闭环控制。仿真和实验表明，该方法具有较好动态性能。最后，针对传统PFC存在的缺陷，结合实际情况对其进行了改进。一方面，由于磁悬浮球系统存在非线

4、性不确定特点，采用传统PFC求解控制量时难以实现最优。对此，给出了模糊PFC策略，该方法采用离散模糊推理在线调节参考轨迹时间常数，实现了参考轨迹的自校正，通过“离线计算”仍保证了系统的实时性，提高了系统的快速性。另一方面，为了克服建模误差等引起的预测误差，给出了二自由度PFC方法。该方法在传统PFC基础上，采用内模控制原理设计了一个干扰抑制控制器，通过补偿控制量抑制预测误差，提高系统的控制品质。仿真和实验表明，该方法不但响应速度快、鲁棒性强，而且具有较高的控制精度。关键词：磁悬浮球系统；预测函数控制；dSPACE；模糊控制；二自由度；内模控制I

5、ABSTRACTABSTRACTMagneticlevitationisakindofnon-contacttechnology.Itplaysaveryimportantroleinextendingtheservicelifeofmechanicalequipmentsasthereisnofriction.Thistechnologyisthefutureintransportation,non-contactactuators,precisionengineering,aerospace，lifesciencesandotherfiel

6、ds.However,themagneticlevitationsystemishighlynonlinearandunstable,andtherefore,designinganeffectiveandsimplecontrollerforsuchasystemisverychallenging.Thepredictivefunctioncontrol（PFC）hasmanyadvantages,suchasgoodreal-timeandrobust，anditcanbeusedtocontrolthefastsystem.Inthisp

7、aperthePFCisappliedtothemagneticlevitationballsystemwhichisusedasanobjectofthisresearch.TheexperimentresearchiscarriedoutbasedondSPACE.Firstly,thepurposeandsignificanceofthisresearchisdescribed.Themathematicalmodelofthemagneticlevitationballsystemwasestablishedaccordingtothe

8、structureandprincipleofthesystem.Thentheopen-loopstabilityandcontrollabilit