磁悬浮系统的非线性控制

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1、Y《255口荽摘要本论文以多变量非线性系统实验室引进的磁悬浮系统设备Mode]730系统为研究对象，研究了这一类非线性系统的控制方法。采用机理建模的方法建立系统的模型和逆模型，在研究总结了线性单变量系统内模控制的结构、性质和设计方法的基础上，提出了基于逆系统方法的多变量非线性内模控制，针对口阶干J{分逆系统和被控对象复合成的伪线性系统，构造了内模控制器，实现了模型精确时的理想控制。并且对模型欠配时的情况提出基于神经网络逆系统方法的内模控制，即用RBF网络逼近对象的逆系统后采用基于逆系统方法的内模控制，仿真研究表明这种方法对存在建模

2、误差时的情况具有较好的控制效果。关键词：多变量，非线性系统，逆系统方法，内模控制，模型失配，径向基函数，神经网络，鲁棒性ABSTRACTThecontr01methodofaclassofnonlinearsystemwaspresentedinthisdissertationbythestudyofMagneticLevitationSystem—Model730system，whichwasintroducedintomulti．variablenonlinearsystemlaboratory．Themodelandinve

3、rsemodeloftheplantareprovidedbymeansofmechanismmodeling．Throu幽theresearchandgeneralizationofthestructure，character,anddesi2nofinternalmodelcontrolforlinearsingle。variablesystem，aschemefornonlinearmulti．variableintemalmodelcontrolWaSputforward，basedonthedesignofinverse

4、system；andaninter-modelcontroller，whichbroughtoutaperfecteffectwhenmathematicmodelwasveracious，wasconstmctedforthecompoundsystemcomprisingtheinversesystemandtheoriginalsystem．Furthermore，bytheadoptionofRBFneuralnetworkappmachingtheinversemodel，agoodperformanceofclose’

5、loopsystemcouldbeachievedduringthemismatchofobjectmodel．Keywords：MuIti．variable，nonlinearsystem，inversesystemmethod，internalmodelcontrol，modelmismatching，radialbasisfunction，neuralnetwork，robustness顺I：论义做悬浮系统的m线性挖制1绪论1．1课题背景本课题的研究对象Model730系统是多变量非线性系统实验室211工程引进的磁悬浮系统设

6、备。磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年HermannKemper先生就提出了电磁悬浮原理，近年来兴起的磁悬浮列车技术正是基于这个原理。Model730磁悬浮系统是以两个永磁体为悬挂体，以上下激磁线圈的电流作为控制量来控制磁体的悬浮，永磁材料的固有磁特性能够部分降低可控电磁铁的激磁电流，减小功耗。本系统是一个具有耦合作用的两输入两输出的非线性系统，其中非线性因素包括传感器非线性和激磁非线性。1．2逆系统方法和内模控制方法简介传统的非线性控制方法是将过程模型线性化，然后再利用线性控制的方法来进行控制。然而“线性化”的方法用于非线

7、性对象并不总能得到满意的结果，尤其是对高度非线性和经历大范围变化的非线性系统，问题更为严重。在本课题的研究中，考虑采用逆系统方法将模型线性化，再用内模控制方法进行控制。1．2．1逆系统方法目前，关于反馈线性化问题的研究有多种方法，并得到大量结果。总的看来，这些方法可分为两大类：一类是较早得到发展的微分几何方法，这种方法在非线性控制方面已经产生了较大的影响：另一类是普通的直接分析方法，如近年来发展起来的逆系统方法就属于后一类。逆系统方法是通过动态系统的“逆”的概念来研究一般非线性控制系统反馈线性化设计的一种方法。所谓“反馈线性化”，

8、就是通过非线性反馈或动态补偿的方法将非线性系统变换为线性系统，然后再用线性理论完成系统的各种控制目标的理论与方法。逆系统方法概念上清晰直观，理论上易于理解、适用性强，应用上简便易行，因此被认为是很具有工程应用价值的一种方法，在飞行器控制、机器人控制