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高层电梯垂直运动的鲁棒控制策略研究

胡庆  
【摘要】:高层高速电梯垂直运动控制系统属于多变量、多性能指标、不确定、时变和非线性大型复杂控制系统,涉及机械、电力传动、控制与优化等多学科交叉理论问题。本文针对高层高速电梯垂直运动在不确定性下鲁棒轨迹跟踪和再平层问题,以及最短时间约束下的乘坐质量问题进行理论研究,所研究的理论和实现方法是实现高层高速电梯国产化的关键技术。 针对高层电梯垂直动态特性的特点,考虑在轿厢运动过程中钢丝绳动态及钢丝绳刚度和阻尼随着时间与空间变化出现的不确定性等诸因素对整体系统性能的影响,提出了基于集总参数的动态系统数学模型,以揭示在曳引绳和补偿缉中存在的有限力传输延迟特性。其次针对电梯完整集总参数动态模型多状态变量相互作用而导致系统的高阶次使控制算法数值模拟可靠性低的问题,建立了含6个状态变量的三自由度(3DOF)动态数学模型,以精确描述电梯动态特性。 针对—自由度控制无法实现电梯控制系统轨迹跟踪以及再平层控制性能同时达到最优的问题,提出在电梯控制中应用H。控制与二自由度控制相结合的鲁棒二自由度控制策略。依据H∞反馈控制理论进行输出反馈控制器设计,以确保系统稳定性和强健的抗扰能力;设计鲁棒前馈控制器,以提高系统输出跟踪精度,从而保证系统在参数不确定性下的轨迹跟踪和再平层精度。 在深入研究Takagi-Sugeno(T-S)模糊系统基础上,提出在高层电梯运动控制中应用基于参数不确定广义T-S模糊模型的动态并行分布补偿(DPDC)模糊控制策略实现非线性补偿,应用线性矩阵不等式(LMIs)系统地解决多目标控制问题。针对高层电梯动态系统的非线性问题,考虑了T-S模糊模型有效描述非线性系统的特性,建立了电梯动态系统的参数不确定广义T-S模糊模型,应用动态并行分布补偿(DPDC)原理为其设计局部状态反馈控制器,得到了使闭环系统渐近稳定并满足H∞性能指标的充分条件。针对高层电梯运动控制这一典型多目标控制问题,采用了基于LMIs的凸优化技术一次完成系统渐近稳定判定,得到了满足轨迹跟踪、再平层性能、乘坐质量、运行时间和鲁棒性等性能指标的状态反馈增益矩阵。通过仿真和实验研究对比,验证了所提出的基于集总参数模型的鲁棒二自由度控制策略和基于参数不确定广义T-S模糊模型的DPDC模糊控制策略的可行性和有效性。


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