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基于RBF-ARX模型的非线性系统建模和预测控制在磁悬浮系统中的应用

曾启  
【摘要】:随着城市化水平的提高,不少城市都在兴建地铁,然而由于其造价过于昂贵,决策者其实可以考虑磁悬浮列车。实际上,磁悬浮技术除了应用在磁悬浮列车上之外,在磁悬挂天平、磁悬浮轴承、磁悬浮电机等领域也大有所为。但是磁悬浮系统的非线性、开环不稳定、不确定性等特点使得其不容易控制,探索一种精确、实用的控制方法是很有研究价值的。 本论文对实验室一套二自由度的吸浮式磁悬浮设备展开研究,首先介绍了磁悬浮的研究现状,在介绍了磁悬浮系统的物理模型、RBF-ARX模型、LQR原理和预测控制原理等基础知识之后,利用PID控制器对系统进行初步控制,采集得到全局动态输入输出数据,据此计算得出磁悬浮系统的RBF-ARX模型,然后进一步利用LQR控制器对系统进行实时控制,最后,利用磁悬浮系统RBF-ARX模型的状态空间表达形式,设计了预测控制策略,仿真运行并完成论文。 论文中涉及到了很多参数的选取,本文中对各参数的选取和优化策略都给出了详细说明,有的是根据理论得出,有的是经过反复调试得出,一切工作都是为了得到更好的实际控制效果或者仿真结果服务。最终的结果表明,RBF-ARX模型对磁悬浮系统有非常好的描述能力;而基于RBF-ARX模型的LQR控制器在实时控制中取得了优异的效果,对磁悬浮系统的稳态和动态都有很好的控制效果;在预测控制的仿真中也验证了基于RBF-ARX模型的预测控制器具有很好的性能。希望本文能对实际工业控制过程起到抛砖引玉的作用,并将这种优秀的模型应用到更多的实际工业系统当中去。


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