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高速电液比例控制系统H_∞控制器的研究

金哲  
【摘要】:油压减振器是列车减振的关键部件之一。特别是在我国铁路实行全面提速以后,列车的安全性和舒适性要求成为了提速的一大难题。针对高速列车的需求,我国正在研发各种高速铁路油压减振器,但是由于现有测试设备和试验方法的限制,不能进行高速铁路油压减振器的综合性能测试,从而限制了减振器的进一步开发和性能指标的提高。 目前,我国普遍使用的J95型减振器性能测试试验台采用了机械式驱动装置,但是由于运动机构的限制,机械式试验台只能进行低频简谐振动测试,无法满足高速铁路油压减振器的高频响应性能测试要求。 经过30多年的发展,电液比例阀、液压缸等液压元件的生产制造技术得到了全面的发展,因此为基于高速电液比例控制技术的减振器试验台研制提供了可行性平台。但是,基于经典控制算法的高速电液比例系统无法满足系统的平稳性和跟随性要求。究其原因是:经典控制算法完全依赖于描述被控对象动态性能的精确数学模型,但是液压脉动,系统阻尼,摩擦以及油温等随着高速运行不断变化,无法确定精确的数学模型。另外,实际的比例阀一般均有较大的零位死区,所以稳态工作点不在零位平衡点,导致高速运行下的严重抖动。 相比之下,H_∞鲁棒控制理论不需要精确的数学模型,而且通过H_∞性能指标,可以保证控制系统的稳定性,因此高速电液比例控制系统H_∞控制器的研究具有重要的学术与应用价值。 本文建立了高速电液比例阀与高速电液比例系统的动态数学模型及状态空间表达式,分析了跟踪补偿和不确定性补偿对系统的影响,并提出了求解混合灵敏度H_∞控制器、H_∞/H_2混合参数化控制器、具有LMI区域极点约束的H_∞控制器,以及时滞不确定高速电液比例系统的H_∞控制器的算法,而且分析了不同性能指标、不同加权函数情况下鲁棒控制器对高速电液比例控制系统的影响。仿真结果表明:通过H_∞控制算法,可以设计出带宽为300Hz以上的位置反馈型高速电液比例阀和带宽为100 Hz以上的高速电液比例控制系统,而且在不同性能指标下都能保证系统的稳定性,因此为高速列车油压减振器性能测试系统的研制提供了理论依据。 首次在高速列车油压减振器性能测试系统中采用了H_∞鲁棒控制理论,并提出了适用于高速电液比例阀与高速铁路油压减振器性能测试试验台的各种


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