基于无源性的控制及其在磁悬浮系统中的应用

摘要

基于无源性的控制以能量观点为基础，可以充分利用物理系统结构上的特点进行设计，是非线性控制中一种重要的控制方法。本文采用基于无源性的控制方法设计磁悬浮列车控制系统的控制器并对控制效果进行了分析。整个设计过程分为系统数学模型的建立、控制器设计、系统性能分析及确定参数选取的方法几个步骤。
　　系统建模时首先通过两种方法建立了形式相同的电流控制系统的数学模型。第一种方法通过力学平衡和电压平衡建模，第二种方法通过Lagrange方程建模。然后分析了磁链控制的优点与实际可行性，建立了磁链控制系统的数学模型并将其应用于系统的分析和设计。
　　控制器设计时将数学模型转化为哈密尔顿系统模型，通过互连阵、阻尼阵和系统总能量的配置得到了求解控制律所需要的偏微分方程。在求解这个偏微分方程的过程中针对系统不太复杂这一情况，提出了直接求解的方法，这样得到的控制律的参数具有明确的物理意义。然后直接求解偏微分方程得到控制律，并对控制律所起的作用进行了解释。
　　控制器的参数会影响控制系统的性能，如何调整参数来满足对系统性能的要求是控制系统设计中的一个重要问题。本文首先分析参数对系统性能的影响，在此基础上得到了选取参数的方法，然后通过建立仿真模型对系统进行仿真分析验证了参数选取方法的正确性。

目录

基于无源性的控制及其在磁悬浮系统中的应用

PASSIVITY-BASED CONTROL AND ITS APPLICATION TO THE ELECTROMAGNETIC LEVITATION SYSTEM

摘要

Abstract

目 录

第1 章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 基本概念

1.2.1 无源性

1.2.2 哈密尔顿系统与无源性

1.3 国内外的研究现状

1.4 本课题主要研究的内容

第2 章 磁悬浮列车控制系统模型的建立

2.1 电流控制的数学模型

2.2 磁链控制的数学模型

2.3 本章小结

第3 章 基于无源性的控制器设计

3.1 结合能量成型与无源性控制的原理

3.2 控制器设计

3.2.1 磁悬浮列车控制系统的哈密尔顿系统模型的建立

3.2.2 互联阵和耗散阵配置

3.3 本章小结

第4 章 控制系统的性能分析

4.1 灵敏度特性

4.2 配置内联阵和耗散阵的作用

4.3 参数对性能影响的分析

4.4 设计实例

4.5 本章小结

第5 章 耗散阵配置的进一步讨论

5.1 不可行的耗散阵配置

5.2 可行的耗散阵配置

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢