磁浮控制系统的分析优化设计和模糊综合评价方法电气系统控制与信息技术专业论文.docxVIP

西南交通大学学位论文创新性声明 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的 说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： l、利用微分几何的方法将非线性悬浮模型转化为保留较多非线性特性的线性模 型。 2、针对改进的模型进行参数辨识，即利用对数的性质对磁铁之间相互作用力模 型进行改进，改进模型得到的参数比原来模型得到的参数拟合效果更好。 3、设计和优化了3种不同的悬浮控制器，建立了悬浮控制器的评价体系。悬浮 控制器有状态反馈悬浮控制、基于遗传算法的PID悬浮控制器和基于粒子群算法的 PID悬浮控制器。先对悬浮控制器的参数进行定性分析，再对悬浮控制器的参数进行 优化，最后建立悬浮控制器的评价体系，即利用模糊综合评价模型和层次分析法对不 同的悬浮控制器进行悬浮性能的综合评价和比较。 学位论文作者签名： 喀霉寥． 日期：yo l r,6,2-I 万方数据 西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第1页 摘 要 磁浮列车性能的好坏主要取决于悬浮控制系统，所以，研究悬浮控制方法具 有重要意义。本文从两个角度研究悬浮控制器的控制性能，一个是优化控制器 的参数，另一个是建立控制器的评价体系。主要研究内容与结论如下： 1．建立了悬浮系统的两个不同的线性系统。一方面，利用一阶泰勒公式将 悬浮系统在工作点处展开为线性系统1；另一方面，利用微分几何的方法将悬浮 系统转化为新坐标下的线性系统2。 结论：线性系统1具有两个不同的子系统；线性系统2具有两个相同的子 系统和较多的保留了原系统的非线性特性。 2．针对含未知参数的悬浮系统进行参数辨识和稳定性分析。利用最小二乘 拟合法辨识驱动线圈的参数和磁铁之间相互作用力的参数，即辨识的参数有a、 b、c和d。 结论：线性系统l中电磁铁1是稳定的，电磁铁2是不稳定的，而线性系 统2中电磁铁1和电磁铁2都是不稳定的。 3．设计了无观测器的状态反馈悬浮控制器和有观测器的状态悬浮反馈控制 器，得到优化后的悬浮控制器。一方面，阻尼比和自然振荡频率是无观测器的 状态反馈悬浮控制器的重要参数，阻尼比影响超调量，自然振荡频率影响稳态 值；另一方面，初始条件是有观测器的状态反馈悬浮控制器的重要参数，初始 条件影响上升时间。 结论：线性系统1适合采用无观测器的状态反馈悬浮控制器，线性系统2适 合采用有观测器的状态反馈悬浮控制器。 4．设计了基于遗传算法的PID悬浮控制器和基于粒子群算法的PID悬浮控 制器，得到优化后的悬浮控制器。一方面，设计基于遗传算法的PID悬浮控制 器；然后，考虑编码方式、种群数、交叉概率、变异概率和最大迭代数对于悬 浮系统控制器性能的影响，最后得到优化后的悬浮控制器；另一方面，设计基 于PSO算法的PID悬浮控制器，考虑惯性权重、学习策略、最大速度和最大迭 代数对于悬浮控制器性能的影响，最后得到优化后的悬浮控制器。 结论：分别得到优化后的基于遗传算法的PID悬浮控制器和基于PSO算法 万方数据 第1I页 第1I页 西南交通大学博士研究生学位论文 的PID悬浮控制器。 5．针对所有悬浮控制器，设计了基于层次分析法的模糊综合评价模型，对 三种不同的控制器进行综合评价和比较。首先，根据悬浮系统的运载能力和抗 外干扰能力，确定线性系统1的评价指标有2个一级指标，7个二级指标，20 个三级指标，线性系统2的评价指标有4个一级指标，8个二级指标；其次，利 用层次分析法确定每个指标的权重；然后，利用三级评判对线性系统1评价3 种悬浮控制器，利用二级评判对线性系统2评价3种悬浮控制器；最后，得到 评价结果。 结论：线性系统1适合采用PID悬浮控制器；线性系统2适合采用状态反 馈悬浮控制器。 关键词：悬浮控制器；状态反馈控制；PID控制；遗传算法；粒子群优化算法； 模糊综合评价 万方数据 西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第1II页 Abstract The performance of magnetic levitation is determined mainly by its magnetic levitation control system．Therefore，it has the important significance to study the suspension control method．This paper studied the control performance from two po