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《昆明理工大学》 2008年
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非线性控制在电液位置伺服系统中的应用研究

李燕  
【摘要】:经典控制理论和线性系统理论经过几十年的发展,已形成了一系列工程应用的分析和设计方法。但它们都有一个基本要求,就是必须精确建立被控对象或过程的线性数学模型。然而由于实际被控对象或过程大部分呈现非线性特性,对被控对象或过程精确建模较为困难,甚至是不可能的,而且大部分模型还具有不确定性,因此,研究非线性系统的控制方法具有重要的理论意义和迫切的实际需要。 本文以单输入单输出的电液位置伺服系统为例,建立了电液位置伺服系统的非线性模型。首先,应用Taylor级数近似线性化方法对电液位置伺服系统的模型进行线性化处理;然后,应用线性理论的控制方法对此数学模型设计控制器,并进行仿真。这种线性化模型对于一些频宽不太高、参数变化和外干扰不太大的系统是可行的。然而,近代电液伺服系统往往要求系统具有点点跟踪任意非直线函数的能力,并且能够承受较强的外负载干扰,因此工作过程中系统的工作点在较大范围内变化,从而使Taylor级数近似线性化模型难于奏效。基于此,本文利用微分几何理论,研究了非线性系统的状态反馈精确线性化问题。状态反馈精确线性化方法可将非线性系统处理为伪线性系统,从而利用线性系统成熟的理论结果对系统进行控制。这种方法与Taylor级数近似线性化方法有明显区别,对于确定系统而言,Taylor级数近似线性化方法丢失了系统的部分信息,而状态反馈精确线性化方法则完全保留了系统的所有信息。 本文详细介绍了电液位置伺服系统的状态反馈精确线性化过程,将非线性系统转化为线性系统;研究了基于精确线性化模型的控制系统设计问题,针对输出跟踪问题给出了线性二次型跟踪器的设计方法。虽然直接的状态反馈精确线性化方法结构简单,具有良好的跟踪性能,但是其存在一个明显的缺点就是当系统参数发生变化时,系统的非线性不能完全转化为线性,从而将引起误差。因此,本文又提出了将灰色预测模型与直接状态反馈精确线性化相结合的控制方法,达到了理想的控制效果。 仿真结果表明,在状态反馈精确线性化方法的控制作用下,系统具有良好的性能;而灰色预测模型结合状态反馈线性化方法,对系统的参数变化具有较强的鲁棒性。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TM921.541

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