改进的无模型自适应控制及在直线电机中的应用

发布时间：2017-10-18 15:00

  本文关键词：改进的无模型自适应控制及在直线电机中的应用

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【摘要】：直线电机由于具有结构简单、速度快、灵敏度好、定位精度高、噪音小、工作安全可靠等优点,已被广泛应用到工业制造和生产过程的多个环节中。其中直线电机的快速精确控制是电机运动控制研究领域的重要研究课题之一。由于直线电机是一种强非线性系统,传统上依据建立精确数学模型,来对其进行精确地控制、预报和评价变得非常困难。在这种难于建立直线电机精确数学模型的条件下,如何有效利用运行过程中大量的在线数据,实现对直线电机较高精度的控制,具有非常重要的实用价值和研究意义。无模型自适应控制算法(Model Free Adaptive Control, MFAC)是一种基于数据驱动的控制算法。本文通过对MFAC动态线性化数据模型中的伪梯度参数进行改进,提出了加速参数估计的无模型自适应控制算法(Accelerated Parameter Estimation MFAC, APE-MFAC),并进行了MATLAB仿真研究和在双轴直线电机龙门系统上的应用。通过数值仿真和实验研究表明,APE-MFAC算法能够提升控制精度,尤其是在跟踪快时变期望信号时,能够明显改善跟踪控制效果。本文主要内容如下：首先,分析了直线电机的构成及特点,并在MFAC原型算法的基础上,提出了APE-MFAC算法。该算法对系统动态线性化参数估计进行了改进,在其估计的过程中加入了一个调整项,来加速参数的估计,使APE-MFAC算法对快时变信号有更强的跟踪能力。其次,进行了APE-MFAC算法的MATLAB数值仿真研究,通过对APE-MFAC算法与MFAC原型算法以及PID算法的控制效果进行比较研究,验证了APE-MFAC算法的有效性及可靠性,特别是在处理快时变信号时的优越性。最后,实现了APE-MFAC算法在双轴直线电机龙门系统上的应用,并通过与MFAC原型算法对直线电机的实际控制效果进行比较研究,进一步验证了APE-MFAC算法有效性和优越性。
【关键词】：无模型自适应控制 直线电机 参数估计
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.4;TP273
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 直线电机的发展历程及应用11-13
• 1.2 直线电机控制方法的研究现状13-17
• 1.3 无模型自适应控制的研究背景和研究现状17-19
• 1.4 论文主要内容19-21
• 2 直线电机的构成及特点21-26
• 2.1 直线电机的基本构成21-22
• 2.2 直线电机的工作原理22-23
• 2.3 直线电机的特点23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 基于加速参数估计的改进无模型自适应控制26-30
• 3.1 问题描述及系统动态线性化26-27
• 3.1.1 系统描述26
• 3.1.2 偏格式动态线性化26-27
• 3.1.3 控制目标27
• 3.2 伪梯度估计算法及改进27-29
• 3.2.1 伪梯度估计算法27-28
• 3.2.2 伪梯度估计算法的改进28-29
• 3.3 加速参数估计的无模型自适应控制29
• 3.4 本章小结29-30
• 4 加速参数估计的无模型自适应控制仿真研究30-38
• 4.1 加速参数估计的无模型自适应控制算法仿真30-33
• 4.1.1 基本控制性能30-32
• 4.1.2 不同控制参数控制性能比较32-33
• 4.2 与无模型自适应控制算法的仿真比较33-36
• 4.3 与PID控制算法的仿真比较36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 5 加速参数估计的无模型自适应控制的实验38-46
• 5.1 双轴直线电机龙门系统的构成38-40
• 5.1.1 双轴直线电机龙门系统的的硬件组成38-39
• 5.1.2 双轴直线电机龙门系统的的软件组成39-40
• 5.2 双轴直线电机龙门系统的实验研究40-45
• 5.2.1 加速参数估计的无模型自适应控制实验41-43
• 5.2.2 不同控制参数控制性能比较43
• 5.2.3 多种控制算法的实验比较43-45
• 5.3 本章小结45-46
• 6 结论46-47
• 6.1 总结46
• 6.2 展望46-47
• 参考文献47-51
• 作者简历51-53
• 学位论文数据集53

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