基于T-S模糊模型的超高层电梯的鲁棒控制

【摘要】： 本文主要针对超高层/高层高速电梯的控制器设计问题以及电梯的垂直运动加以讨论。控制目的是获得良好的再平层性能和跟踪性能,实现多目标控制和非线性控制。性能要求可由运行时间、停靠精度、位置超调和乘坐质量等指标矩阵来衡量。现代电梯性能要求非常严格,而且这些要求必须在充分考虑模型不确定性和未建模动态的情况下达到。在电梯运动过程中,曳引绳和补偿绳的刚度系数和阻尼系数发生变化,即参数不确定性对系统产生影响。对超高层超高速电梯来说,随着电梯从某一层运行到另一层,曳引绳的“有效长度”(轿厢与曳引轮之间的距离)发生变化,随之垂直运动动态也发生变化,因此,电梯垂直运动动态本质上是非线性的。鲁棒性的需求要求控制系统必须解决参数不确定性问题和与扰动(例如,钢丝绳的动态特性)有关的问题。在描述电梯垂直运动时,要考虑参数变化对系统的影响,同时使系统获得良好性能,实现控制想要达到的目的,传统的PID控制手段不能满足,因此为满足要求本文对电梯系统构建了一个T-S模糊模型。模型建立充分考虑了曳引钢丝绳动态性能和存在系统参数不确定性(如曳引钢丝绳的刚度和阻尼)问题。 电梯系统是一个复杂的非线性系统,对此本文建立了一个参数不确定广义T-S模糊模型,并基于并行分配补偿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一定H_8性能指标的充分条件,用线性矩阵不等式(LMI)方法表示,一次完成系统渐近稳定的判定而且满足所要的性能指标,同时得到状态反馈增益矩阵。本文提出的控制方法能够满足高度为500m(大约135层),最高运行速度为17m/s(实际小于17m/s)电梯的性能要求,并且将非线性和不确定性耦合到电梯系统模型中,使模型可以更加充分地反应电梯的特性。文中选取了电梯系统1层、67层和135层三个典型楼层为设计模型,并对每个层次上电梯的运行状态进行仿真。在满足控制器性能要求的基础上,仿真结果证明了该控制方法简洁、有效。