直线电机龙门系统的鲁棒自适应控制方法研究

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文直线电机龙门系统的鲁棒自适应控制方法研究作者姓名洪改艳学科专业交通信息工程及控制指导教师柳向斌副教授培养院系电子信息工程学院二零一五年三月硕士学位论文直线电机龙门系统的鲁棒自适应控制方法研宄作者：洪改艳导师：柳向斌北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送

2、交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）导师签名学位论文作者签名：改柢签字曰期：丨年牛月曰签字曰期：只年分月多曰学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文直线电机龙门系统的鲁棒自适应控制方法研究作者姓名：洪改艳学号：导师姓名：副教授：柳向斌职称学位类别：工学学位级别：硕士学科专业交通信息工程及控制研究方向：非线性系统北京交通大学年月致谢时间如水，光阴似箭，两年半的硕士研宄生生活即将结束。在毕业论文即将完成之际，首先我要对一直关怀和悉心指导我研究的导师柳向斌副教授致以衷心的感谢和诚挚

3、的敬意！感谢生命中所有真心帮助过我的人，正是因为有了你们，才使我的学习和生活更加有动力，使我有信心和勇气去克服困难，完成学业，祝你们幸福安康！本论文从选题、撰写、修改到定稿，都凝聚了柳老师大量的心血。柳老师以求真务实、严谨治学的科研态度，严于律己、宽于待人的高尚品德，平易近人、朴实无华的人格魅力，深深地影响了我，是我终生学习的榜样。每周汇报和讨论交流时，柳老师都以深入浅出，循循善诱地指导开阔我的学术视野和研宄思路，加深我对非线性控制理论的理解和认识。柳老师的悉心指导和温暖鼓励时刻督促我不断学习，勇攀高峰

4、！在这两年半的生活中，柳老师不仅在学习科研上给我创造了良好的条件，而且在日常生活中给了我无微不至的关怀！在这里，我再次对柳向斌老师致以最真挚的感谢，感谢导师孜孜不倦的教诲！先进控制系统实验室侯忠生教授，赵燕教授，殷辰堃老师和金尚泰老师对于我的科研工作和论文提出了大量的宝贵意见和指导，在此表示衷心的感谢。感谢实验室的刘世达博士、余琼霞博士、李振轩博士、王明月、赵汝莉、程志辉、崔欣、孙文静、崔道旺、郑健、王郑委、邓翔飞等同学为我的课题研究提出的宝贵意见！感谢舍友郑燃和祝文菲，感谢她们一直以来在生活中给予我的

5、照顾和热情帮助！感谢我的父母，大姐，二姐和弟弟一直以来对我求学之路的支持，没有家人的支持我就坚持不到今天！在每一个学习阶段都包含了父母辛勤的劳动和殷切的期盼。他们给予我的温暖关心和无微不至的照顾转化成我积极乐观的生活态度和勇往直前的动力！最后，感谢王天召同志的不离不弃，始终如一的在背后默默的支持、理解和鼓励！北京交通大学硕士学位论文摘要直线电机具有高速、高精度等优点，目前己广泛地应用于交通运输、军事装备、微电子、现代化机械制造业等行业中。但是，直线电机龙门系统存在很多参数化不确定和非参数化不确定项。为了

6、克服由直线电机的各类不确定项和外部扰动对系统的影响，需要采取有效的控制策略来获得满意的运动控制效果。本文的研究对象是双轴直线电机龙门实验系统，主要的研究工作包括：首先，根据物理机理建立直线电机的数学模型；其次，设计了基于浸入和不变流形自适应的参数观测器和基于最小二乘法的离线参数估计器，得到直线电机龙门系统的模型参数；然后，釆用鲁棒自适应的控制算法，按照控制方向是否已知，分别提出了控制方向己知和控制方向未知的基于浸入和不变流形的鲁棒自适应控制器，并对闭环系统的稳定性进行分析；最后，将设计的两种控制器分别应

7、用于直线电机龙门系统，验证其控制效果。本文的主要内容如下：根据直线电机的物理机理建立直线电机数学模型，该模型包含参数化不确定项和非参数化不确定项；针对模型中的不确定项，设计基于浸入和不变流形的参数估计律，该参数估计律在传统的积分型辨识器中增加了一个调节函数，使得参数估计律不再基于确定性等价原则，从而保证未知参数和它的估计值之间的估计误差逐渐收敛到零附近。针对直线电机存在的参数化不确定和非参数不确定项，基于浸入和不变流形方法，设计浸入和不变的鲁棒自适应控制器。这种方法避免了构造李雅普诺夫函数的复杂性，将整

8、个系统视为收敛估计器和受扰系统的级联来分析，因而具有简洁性。鲁棒控制的加入，保证了在系统存在各种扰动的情况下，参数收敛的有界性，同时保证系统状态和信号都是有界的。针对直线电机控制方向己知和控制方向未知的两个情况，分别设计不同的浸入和不变鲁棒自适应控制器，并将该算法应用到直线电机龙门系统控制中。实验结果表明这两个控制器都有较好的跟踪效果。当跟踪轨迹发生跳变时，可以迅速跟踪上目标的变化，具有较好的暂态性能和稳态性能。本文提出的基于浸入和不变流形