检索结果-内蒙古大学图书馆

振动与冲击 2021年第4期40卷 270-276页

作者：常宇健田沃沃金格陈恩利李韶华石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学电气与电子工程学院石家庄050043

现有主动悬架的研究主要以线性弹簧和线性阻尼组成的悬架系统为研究背景,但油气悬架、空气悬架和磁流变悬架等实际悬架不仅具有非线性特性,而且同时具有黏弹性材料的特点。因此含有非线性刚度和分数阶阻尼的悬架模型能更准确地描述悬架... 详细信息

现有主动悬架的研究主要以线性弹簧和线性阻尼组成的悬架系统为研究背景,但油气悬架、空气悬架和磁流变悬架等实际悬架不仅具有非线性特性,而且同时具有黏弹性材料的特点。因此含有非线性刚度和分数阶阻尼的悬架模型能更准确地描述悬架的动力学性能。针对含有三次方非线性刚度及分数阶阻尼的二自由度1/4汽车悬架模型进行研究,利用Oustaloup滤波器算法对悬架系统中的分数阶微分进行近似计算,分别采用PID控制器和基于微分几何理论反馈线性化的LQR控制器对该悬架系统进行主动控制。结果表明,基于PID控制器的主动悬架和基于反馈线性化LQR控制器的主动悬架都能有效提高汽车悬架的舒适性和稳定性,其中反馈线性化LQR主动控制效果明显优于PID控制。

关键词：非线性分数阶阻尼 Oustaloup滤波器算法微分几何法 LQR控制

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基于微分几何法的直线电机式非线性分数阶主动悬架控制研究

基于微分几何法的直线电机式非线性分数阶主动悬架控制研究

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作者：田沃沃石家庄铁道大学

学位级别：硕士

汽车在实际行驶过程中,时常受到不平路面所造成的振动以及冲击的影响,从而严重破坏汽车的平顺性和稳定性。虽然利用轮胎变形能够有效吸收来自地面的冲击力,但是绝大部分冲击力主要依靠由轮胎和车身之间的悬架装置进行缓冲,并由悬架装置... 详细信息

汽车在实际行驶过程中,时常受到不平路面所造成的振动以及冲击的影响,从而严重破坏汽车的平顺性和稳定性。虽然利用轮胎变形能够有效吸收来自地面的冲击力,但是绝大部分冲击力主要依靠由轮胎和车身之间的悬架装置进行缓冲,并由悬架装置衰减路面不平造成的振动,从而确保汽车能够平稳地向前行驶。通过建立比整数阶模型更准确的含分数阶微分项的汽车悬架模型,并进行悬架振动的主动控制研究,其主要研究内容大致如下:首先,由于包括油气悬架、空气悬架和磁流变悬架等大多数类型悬架系统中的阻尼元件具有粘弹性特征,传统的整数阶悬架模型不能准确描述此类悬架模型。基于分数阶微积分的演化与过去历史有关的特点,采用含分数阶微分项的微分方程描述具有记忆特征的阻尼材料的本构关系更为准确。对由线性刚度和线性阻尼组成的悬架模型进行改进,增加了非线性刚度和分数阶阻尼,提出一种能够更加简单、精确地反映粘弹性悬架特性的非线性分数阶悬架系统动力学模型,从而能够更简洁、有效地刻画汽车悬架系统的动态性能。其次,由于分数阶PIλDμ控制增加了微分阶次和积分阶次从而具有更灵活的调节结构,基于分数阶PIλDμ控制方法对非线性分数阶悬架系统进行主动控制研究。利用遗传算法优化设计三个分数阶PIλDμ控制器,分别对车身加速度、悬架动挠度和轮胎动位移同时进行控制,并与整数阶PID控制器进行对比研究。然后利用MATLAB/Simulink对上述三种悬架系统进行对比仿真,结果表明:在随机路面激励和脉冲路面激励下,两种主动控制都能在一定程度上改善汽车悬架的动态性能,但是,分数阶PIλDμ控制的效果更好。然后,基于微分几何法对非线性分数阶主动悬架系统进行精确线性化,针对线性系统设计分数阶PIλDμ控制器,同时利用非线性状态反馈获得原系统的主动控制力,并与整数阶PID控制器进行对比研究。上述线性悬架系统仅是基于单个状态变量为系统输出进行局部精确线性化,忽略了非线性分数阶主动悬架系统中的其它状态变量。因此在对各个状态变量精确线性化的结果进行分析比较之后,总结出一种更为简洁的状态反馈控制律,然后设计线性二次型调节器（LQR）进行主动控制,并与只利用整数阶PID控制进行对比研究。利用MATLAB/Simulink对上述主动悬架系统进行对比仿真,结果表明:基于反馈线性化的主动控制能够有效改善非线性分数阶悬架系统的动力学性能,但是由于简化的反馈控制律可以降低悬架系统的复杂程度,从而确保LQR控制能够更有效地改善汽车的行驶性能。最后,利用直线电机式主动悬架代替以旋转电机和滚珠丝杠为转换机构的传统电机式主动悬架。针对直线电机式主动悬架设计双环控制系统,其中外环采用基于反馈线性化的LQR主动控制,内环采用基于分数阶内模的电流解耦控制。并利用MATLAB/Simulink对直线电机式主动悬架进行仿真试验,结果表明:基于分数阶内模的电流解耦控制能够较好地跟随主动悬架控制力,验证了直线电机式非线性分数阶主动悬架模型的合理性以及汽车悬架主动控制和直线电机控制策略的有效性。

关键词：主动悬架非线性系统分数阶微分微分几何法直线电机

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非线性系统精确线性化的微分几何法

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安阳师范学院学报 2016年第5期 53-58页

作者：孙建红忻州师范学院五寨分院数学系山西忻州036200

非线性系统是普遍存在的一种系统,从数学角度可以用非线性微分方程加以描述。在实际应用中,非线性系统的线性化必然会带来误差。本文讨论了一种非线性系统的完全线性化方法,采用微分几何理论,通过坐标变换和状态反馈变换等方式,实现非... 详细信息

非线性系统是普遍存在的一种系统,从数学角度可以用非线性微分方程加以描述。在实际应用中,非线性系统的线性化必然会带来误差。本文讨论了一种非线性系统的完全线性化方法,采用微分几何理论,通过坐标变换和状态反馈变换等方式,实现非线性系统的精确线性化。

关键词：非线性系统精确线性化微分几何法

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基于微分几何方法的馈能式主动悬架控制研究

基于微分几何方法的馈能式主动悬架控制研究

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作者：王绪旺华中科技大学

学位级别：硕士

悬架具有缓和路面冲击载荷,提高车辆行驶平顺性的作用。主动悬架通过改变悬架的名义刚度和阻尼来调整悬架工作性能,提高抑制振动的能力,馈能装置能够回收悬架的振动能量,两者的结合能够在提高车辆的平顺性的同时减少悬架控制所消耗的能... 详细信息

悬架具有缓和路面冲击载荷,提高车辆行驶平顺性的作用。主动悬架通过改变悬架的名义刚度和阻尼来调整悬架工作性能,提高抑制振动的能力,馈能装置能够回收悬架的振动能量,两者的结合能够在提高车辆的平顺性的同时减少悬架控制所消耗的能量。建立包含馈能悬架系统的整车虚拟样机仿真平台。在考虑时空相关性的基础上用白噪声法建立了双车辙四车轮的路面随机激励时域模型,用串联椭圆凸轮法构建了其等效路面模型作为整车模型的激励输入,并介绍了车辆行驶平顺性的评价方法及评价指标的计算,作为车辆仿真结果的评价标准;其次,基于集中质量法构建了整车七自由度非线性振动非线性模型,其中包含了馈能装置的理论模型,并考虑了悬架刚度及阻尼的非线性。制定并验证馈能式主动悬架控制策略。基于微分几何精确反馈线性化理论对整车非线性模型的输入输出进行解耦,并得到输入输出各自独立的线性化模型,基于线性化系统的极点最优配置结果设计了主动悬架的控制策略;并基于悬架运动状态及主动控制需求设计了能量回收控制策略,最终两者共同构成了馈能式主动悬架控制策略。在整车虚拟仿真平台中验证了微分几何法控制具有较优的悬架控制性能,以及馈能式主动悬架能够提高车辆行驶的平顺性并减少主动控制的能耗。建立控制器硬件在环试验平台。设计了能够对馈能式主动悬架进行控制的电子控制单元（ECU）,在实时目标机上构建了主动悬架控制策略的软件在环测试平台,验证了虚拟控制器模型生成ECU所用的C代码的有效性;并通过实时目标机与ECU的连接构建了馈能式主动悬架硬件在环测试平台,验证了所设计的ECU能有效地对主动悬架进行控制,提高车辆行驶平顺性。

关键词：主动悬架馈能装置微分几何法软/硬件在环

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MMC-STATCOM控制策略的研究

MMC-STATCOM控制策略的研究

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作者：井济民哈尔滨工业大学

学位级别：博士

随着电力电子装置在电力系统中的迅速发展,电网的无功危害也日益严重。在多电平变换器应用日益成熟的促使下,高压大容量静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)已成为备受关注的研究热点。模块化多电平变换器(Modular ... 详细信息

随着电力电子装置在电力系统中的迅速发展,电网的无功危害也日益严重。在多电平变换器应用日益成熟的促使下,高压大容量静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)已成为备受关注的研究热点。模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)是实现高压大容量静止无功补偿技术的代表结构之一。本文以MMC-STATCOM为研究对象,分别针对其启动过程、调制技术、控制策略和输出特性进行了深入研究。MMC-STATCOM启动过程是保证补偿器可以正常运行的关键技术之一。本文首先研究了模块电容的取值范围,然后将充电过程分为不可控充电阶段和可控充电阶段。根据不可控充电过程的分析,确定了限流电阻参数选择的方法。不控充电阶段结束后,模块电压低于稳态运行时的电容电压,直接启动会造成交流侧电流出现过冲和畸变。因此,在可控充电环节提出了一种可控启动的控制策略,根据模块投入状态进行分组,使若干模块处于旁路状态,对处于投入状态的模块进行充电,以保证所有模块均能平稳充电至稳态运行电压值,有效降低冲击电流和充电过电压。阶梯波调制可以在相对较低的开关频率下获得较宽的输出范围,具有波形质量高、开关频率低等优点,但阶梯波调制中存在的开关角求解问题。论文针对适用于MMC-STATCOM的阶梯波调制策略进行了深入的研究,提出一种基于共轭梯度法和牛顿迭代法相结合的开关角计算方法,该方法使用共轭梯度法计算非线性方程组的初值,将得到的初值应用牛顿迭代法计算开关角精确解。所提算法综合了共轭梯度法收敛域宽和牛顿迭代法收敛速度快的优点,能够快速得到阶梯波调制法的开关角,结合方波脉冲循环均压方法以实现各个功率模块之间能量均衡。论文研究了MMC-STATCOM的无功控制策略。MMC-STATCOM是一个多变量、强耦合非线性系统,传统线性控制效果不理想。针对这一问题,提出一种基于微分几何法的MMC-STATCOM控制策略。该控制策略首先对目标电流进行序分解,然后基于微分几何理论提出一种状态反馈精确线性化方法,并推导了其反馈控制率,将MMC-STATCOM非线性系统精确线性化,实现对MMC-STATCOM正负序分量的独立控制。该控制策略适用于电网对称及不对称工况,应用范围较广,能够对MMC-STATCOM完全解耦,实现对无功功率的精确控制。最后,论文对MMC-STATCOM交流侧输出电流存在高次谐波的问题展开研究。由于MMC-STATCOM每相桥臂具有桥臂电感,并且输出侧具有滤波电感,可引入滤波电容构成LCL滤波器。针对这一问题,提出一种适用于MMC-STATCOM中的LCL滤波器的设计方法,以逆变器侧电感和网侧电感比、桥臂电感抑制相间环流和限制直流母线故障电流上升率、高频纹波电流抑制、滤波电容与网侧电感分流效果等条件为依据,得到LCL滤波器参数设计方法,有效的降低输出电流中的高次谐波电流。

关键词： MMC-STATCOM 启动控制阶梯波调制共轭梯度法微分几何法 LCL滤波器

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双框架MSCMG框架伺服系统的动力学解耦及扰动补偿

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航空学报 2016年第3期37卷 916-927页

作者：崔培玲杨珊李海涛北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083 北京航空航天大学惯性技术国家级重点实验室北京100083

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)框架伺服系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂系统,针对耦合力矩对框架系统速率伺服性能的影响,以及框架系统动力学解耦之后存在残余耦合、卫星运动引起的牵连力矩和非线性摩擦的问题,提出了微分几... 详细信息

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)框架伺服系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂系统,针对耦合力矩对框架系统速率伺服性能的影响,以及框架系统动力学解耦之后存在残余耦合、卫星运动引起的牵连力矩和非线性摩擦的问题,提出了微分几何法与扩张状态观测器(ESO)相结合的高精度控制方法,在线性化解耦的基础上对残余耦合、牵连力矩及非线性摩擦进行观测补偿以提高框架伺服系统解耦及速率跟踪性能。仿真结果表明、由耦合力矩引起的内、外框架速率波动最大值分别从0.18(°)/s和0.12(°)/s减小到5×10-3(°)/s和4×10-3(°)/s,内、外框架正弦角速度跟踪误差分别从0.18(°)/s和0.19(°)/s减小到0.005(°)/s和0.004(°)/s。所提出的方法实现了框架伺服系统的动力学解耦以及非线性摩擦和牵连力矩的补偿,提高了框架系统的解耦性能和速率伺服精度。

关键词：扰动补偿动力学解耦框架伺服系统微分几何法扩张状态观测器

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基于自适应滑模补偿的双框架MSCMG框架系统高精度控制方法

基于自适应滑模补偿的双框架MSCMG框架系统高精度控制方法

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作者：崔培玲杨珊房建成李海涛宁欣闫斌 100191 北京市海淀区学院路37号

本发明公开了基于自适应滑模补偿的双框架MSCMG框架系统高精度控制方法，首先建立双框架伺服系统动力学模型，利用微分几何法推导框架系统的输入输出逆映射，得到框架系统的伪逆系统，以实现框架系统的动力学解耦控制，消除框架间耦合... 详细信息

标准号: CN105116934B

本发明公开了基于自适应滑模补偿的双框架MSCMG框架系统高精度控制方法，首先建立双框架伺服系统动力学模型，利用微分几何法推导框架系统的输入输出逆映射，得到框架系统的伪逆系统，以实现框架系统的动力学解耦控制，消除框架间耦合力矩的影响；然后根据微分代数谱理论，推导框架系统的跟踪误差稳定控制律，以使框架系统具有一定的响应特性，保证框架系统的稳定性；最后根据RBF神经网络与滑模控制原理设计自适应滑模补偿控制器对框架系统的残余耦合、牵连力矩及非线性摩擦进行补偿控制，增强框架系统扰动抑制能力，实现双框架系统的高精度角速率跟踪控制。本发明简便易行，适用于双框架磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统高精度解耦控制。

关键词：框架系统双框架解耦控制伺服系统自适应滑模推导双框架磁悬浮控制力矩陀螺补偿控制器动力学模型高精度控制微分几何法补偿控制跟踪控制跟踪误差滑模控制微分代数稳定控制系统扰动响应特性原理设计增强框架耦合力矩耦合动力学逆映射伪逆摩擦输出保证

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基于DGA和PSO算法计算椭球面面轮廓度误差

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计量学报 2015年第6期36卷 584-587页

作者：张磊张佐营张志胜徐州工程学院机电学院江苏徐州221018 东南大学机械工程学院江苏南京210089

基于DGA算法和误差评定的最小区域准则建立了椭球面面轮廓度误差评定的数学模型，该模型将点到椭球面的最小距离求解问题转化为一个理想椭球面球心坐标的搜索问题；采用PSO算法求取所建立数学模型的最优解。实例表明在不考虑仪器测量误... 详细信息

基于DGA算法和误差评定的最小区域准则建立了椭球面面轮廓度误差评定的数学模型，该模型将点到椭球面的最小距离求解问题转化为一个理想椭球面球心坐标的搜索问题；采用PSO算法求取所建立数学模型的最优解。实例表明在不考虑仪器测量误差的前提下，所提出的椭球面面轮廓度误差求取方法的有效性。

关键词：计量学椭球面面轮廓度误差微分几何法粒子群算法最小区域

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基于自适应滑模补偿的双框架MSCMG框架系统高精度控制方法

基于自适应滑模补偿的双框架MSCMG框架系统高精度控制方法

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作者：崔培玲杨珊房建成李海涛宁欣闫斌 100191 北京市海淀区学院路37号

标准号: CN105116934A

关键词：框架系统双框架解耦控制伺服系统高精度自适应滑模推导双框架磁悬浮控制力矩陀螺补偿控制器动力学模型高精度控制微分几何法补偿控制跟踪控制跟踪误差滑模控制输入输出稳定控制系统扰动响应特性抑制能力原理设计增强框架耦合力矩耦合动力学角速率逆映射微分代数力矩伪逆牵连摩擦补偿消除公开保证影响建立进行

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层叠绕组式磁悬浮永磁直流平面电机鲁棒控制系统研究

层叠绕组式磁悬浮永磁直流平面电机鲁棒控制系统研究

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作者：张钊浙江理工大学

学位级别：硕士

磁悬浮平面电机通过动子与定子之间相互作用的电磁力，实现动子部件的无接触稳定悬浮和超精密平面驱动，是下一代超精密加工定位平台的驱动部件，开展磁悬浮平面电机的深入研究，对下一代超精密加工技术的发展具有极其重要的意义。本文... 详细信息

磁悬浮平面电机通过动子与定子之间相互作用的电磁力，实现动子部件的无接触稳定悬浮和超精密平面驱动，是下一代超精密加工定位平台的驱动部件，开展磁悬浮平面电机的深入研究，对下一代超精密加工技术的发展具有极其重要的意义。本文提出了一种新型层叠绕组式五自由度磁悬浮永磁直流平面电机结构，通过对平面电机磁场的解析分析，建立了平面电机气隙和电压的理论模型，并完成了大范围线性化研究以及基于H∞理论的鲁棒控制系统设计，主要内容如下： 1、分析了新型层叠绕组式磁悬浮平面电机的结构与多自由度运行原理；利用傅里叶级数法和表面电流法对磁悬浮平面电机中的磁场分布进行了理论分析；采用参数辨识方法推导了准确可行的磁悬浮平面电机磁悬浮系统仿射非线性数学模型；并通过实验验证证实了磁场计算结果和数学模型的准确性。 2、利用微分几何方法对磁悬浮平面电机磁悬浮系统的电压控制模型进行大范围完全精确反馈线性化；分析了电压控制模型精确反馈线性化实现的复杂性，从而引入电流控制模型并对其进行了完全精确反馈线性化；通过仿真验证了磁悬浮系统模型线性化结果的正确性。 3、对磁悬浮平面电机系统中存在的不确定性进行了分析，并将其归结为混合灵敏度问题，通过权函数的选择，采用回路成形法进行鲁棒控制器求解，由于在反馈线性化系统中，一般的权函数选择方法求解出的鲁棒控制器，对于外部干扰不具有鲁棒性甚至导致系统不稳定，对权函数选择进行了改进，求解出了相应的鲁棒控制器；利用MATLAB/SIMULINK软件搭建磁悬浮鲁棒控制系统模型，对该控制系统的动态效果和鲁棒性进行了仿真，并通过与PID控制系统仿真结果对比，验证了鲁棒控制器的控制性能。 4、利用MATLAB/RTW/xPC目标作为控制系统数字控制器，搭建了磁悬浮平面电机磁悬浮控制系统；在RTW实验平台上，对所设计的鲁棒控制器的控制精度、大范围精确控制性能、动态性能和跟踪性能进行了实验验证，并通过与PID控制系统实验结果的对比，证明了鲁棒控制器具有更加优良控制性能。

关键词：磁悬浮平面电机微分几何法反馈线性化 H∞控制

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