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关键词： 非线性仿射系统   有限时间最优控制   采样控制   输出相关间歇控制   自适应动态规划  

摘要： 最优控制是控制领域的探讨热点,通常应用于实际工程。随着对最优控制的深入研究,与不确定系统相关的理论成果呈现出两点不足。第一,基于自适应动态规划在线求解有限时间最优控制的成果较少。第二,传统的连续控制对通信资源利用率低,有效降低控制器执行次数的控制技术尚未成熟。为了弥补理论不足,本文分别对标称系统、匹配不确定系统和非匹配不确定系统进行研究,具体内容如下: (1)针对标称系统的有限时间最优控制问题,构建了一种采样控制策略。该策略基于自适应动态规划方法,且仅在采样时刻执行,克服了连续控制实时更新的弊端。为了求解控制策略,利用评价网络近似哈密顿-雅各比-贝尔曼方程的解,并设计并行学习算法放松持续激励条件。此外,根据有限时间稳定性准则,证明了闭环系统的稳定性。最后,通过仿真验证了理论结果,仿真结果表明所提控制策略能够节省通信资源。 (2)针对匹配不确定性的非线性仿射系统的有限时间最优控制问题,设计了带有不确定扰动上界信息的成本函数,将不确定系统转化为标称系统,并证明转换前后的系统等价。为了增强系统的鲁棒性,设计了基于自适应动态规划的模型预测控制策略,并给出了简要算法。此外,运用有限时间稳定性准则证明了闭环系统具备有限时间稳定性。最后,仿真结果表明所提控制策略能够有效地抗干扰。 (3)针对非匹配不确定性的非线性仿射系统的有限时间最优间歇控制问题,将不确定系统转化为标称系统,并设计了基于系统输出信息的观测器。在传统间歇控制的基础上设计了输出相关间歇规则,该规则的控制器执行与否取决于系统输出所处的区域。此外,基于自适应动态规划设计了输出相关间歇模型预测控制以及相应算法,减少了预测过程中不必要的更新次数。最后,在实际系统中仿真,结果表明所提策略既能抗干扰,又能提高通信资源的利用率。

关键词： 线性二次控制   平均场系统   时滞系统   不定号   平均场博弈   主智能体   社会最优控制   输出反馈控制  

摘要： 平均场随机系统控制研究具有重要科学意义和广泛的应用价值,该问题近期得到了广泛关注并取得了实质性进展.但是仍然存在一些问题有待于解决或进一步研究.本文通过研究线性二次(LQ)控制的本质问题,提出平均场正倒向随机微分(差分)方程(FBSDEs)解耦求解方法,得到了平均场系统最优控制系列问题充要条件和解析解,解决了过去尚未解决的问题,包括带时滞的平均场最优控制问题,不定号博弈问题,主-次智能体最优控制问题,输出反馈控制问题.具体学术贡献按章节顺序结构如下:(1)对于连续时间带有时滞的平均场系统的最优控制问题,在有限时域的情形下给出了解析形式的最优控制器,在无限时域的情形下,得到了均方意义下可镇定的充分必要条件.(2)对于离散时间乘性噪声不定号LQ平均场系统博弈问题,若加权矩阵是不定号的,通过利用凸性的性质,给出了Nash均衡存在的充分必要条件,并进一步给出显式形式的分散式控制策略,且该策略为一个ε-Nash均衡.(3)针对带有主智能体离散时间平均场社会系统,给出了集中式最优控制器的充分必要条件,并在标准假设下,设计了每个智能体分散式控制器,并进一步证明了该控制器是渐近最优的.(4)针对离散时间线性二次平均场系统社会最优输出反馈控制问题,给出了每个智能体的最优估计器,并设计了一组输出反馈类型的分散控制器.

关键词： 永磁同步电机   自抗扰控制   矢量控制   参数整定  

摘要： 随着现代工业自动化技术的发展,永磁同步电机(PMSM)逐渐成为了许多工业领域中的重要驱动器件,其高效率、高精度、高可靠性的特点,使得其在各种工业自动化系统中的应用越来越广泛。然而,传统的PMSM控制系统采用PI控制器或模型预测控制器等方法,其控制性能在面对外界扰动和模型误差时表现不稳定,因此需要一种新的控制方法来提高其鲁棒性和抗干扰能力。本文主要介绍一种基于自抗扰控制(ADRC)的PMSM控制系统设计。ADRC是一种新兴的控制方法,其可以有效地抵消系统中的干扰,提高系统的精度和稳定性。在PMSM控制系统中,ADRC控制器可以有效地抵消电机转子位置和速度测量误差、电机参数变化、负载扰动以及电源电压波动等干扰因素的影响,从而保证了系统的控制性能。 本文介绍自抗扰控制器的发展历程,分析了控制器的三个组成部分:微分跟踪器、扩张观测器、非线性误差反馈控制率。建立了三个部分的数学模型,并对它们的参数进行分析和调节。然后基于永磁同步电机的数学模型设计了对应的自抗扰控制器,包括转速环和电流环。通过大量仿真、对比,分析了自抗扰控制器的动态性能。结果表明,自抗扰控制器的抗扰性和鲁棒性都要优于传统PID。在得到对应的理论支撑后,设计一款了以TSM320F28335为核心的永磁同步电机控制系统。同时对系统进行相应的测试和试验,试验结果表明ADRC能够在矢量控制方法中取得较好的控制效果,相较于传统PI控制器,基于ADRC的PMSM控制系统在外界扰动和模型误差的情况下表现出良好的控制性能和鲁棒性。 最后,本文总结了基于ADRC的PMSM控制系统的优点和不足,并提出了未来改进的方向。使得该控制系统可以广泛应用于各种工业自动化领域,特别是在需要高精度和高鲁棒性的场合。

关键词： 半主动悬架   MRD   改进双曲正切模型   LQG控制器   GSA-LQG控制   悬架试验台  

摘要： 在科技快速发展的当今时代,汽车行业也将处于全面发展的趋势,人们对汽车动力性能提出更高的要求的同时,保证在驾驶过程中时刻保持舒适和稳定也是必不可少的。因此,现在人们追求的不再是汽车的燃油经济性,而更多是关注操纵稳定性和驾驶安全性。汽车悬架系统直接关系到汽车行驶中的舒适性和安全性,同时也是汽车组成结构中重要的一部分,半主动悬架具有结构简单,性能稳定,低耗能、低成本等优势,同时与智能控制算法结合,使得悬架的阻尼力可以变化,达到所需要的阻尼效果。由于MRD功耗低、响应快、阻尼力可变、成本低和制造工艺简单,所以比较适合用于半主动悬架。在研究过程中,准确建立MRD的数学模型是一个重要步骤,设计合适的半主动悬架控制方法是达到理想控制效果的必要条件。本文研究内容如下:1、建立MRD模型。对磁流变液的组成、磁流变效应、流变机理和机械性能进行了阐述。主要对MRD的工作机理及工作方式进行了较为详尽的分析,并对各类MRD的模型的特征进行了阐述,同时设计加工了一种双出杆剪切阀式MRD。利用实验室已有的设备对自制的MRD进行拉伸测试,得出MRD的力学特性的变化规律。2、对MRD模型的参数进行辨识。针对MRD的滞后特性,提出了改进双曲正切模型,并将其应用于MRD的非线性动力学分析,采用遗传算法确定了未知参数。基于Simulink软件,构建MRD的动态响应仿真模型,通过对比试验数据和仿真数据,结果表明改进双曲正切模型能准确地描述MRD的力学特性。同时以BP神经网络为基础,建立了MRD逆模型,通过分析其有效性,为后续工作的准确性提供了有力保障。3、对车辆磁流变半主动悬架进行建模和动力学特性研究。采用均方根方法对汽车悬架进行了综合评定,以车身垂向加速度、悬架动行程、轮胎动位移作为综合性能评价指标。在考虑实际行驶工况的基础上,建立了一种冲击路面模型,并利用滤波白噪声法对随机路面进行了建模。同时利用Simulink平台,建立1/4汽车悬架二自由度模型,并对其进行仿真。4、以1/4车辆磁流变半主动悬架系统为对象进行仿真研究。在现代控制理论的基础上,设计了LQG控制器,针对LQG控制器存在的控制精度低,动态调节性差且权重矩阵系数不易确定等问题,通过智能控制算法与现代控制理论相结合,提出一种基于引力搜索算法的LQG控制器。以悬架各项性能指标作为目标函数,采用引力搜索算法优化权重矩阵系数,在随机路面和冲击路面下对GSA-LQG控制下的磁流变半主动悬架进行仿真研究,结果表明GSA-LQG控制器与LQG控制器相比具有更理想的控制效果。5、在1/4车辆磁流变悬架试验台上进行试验。为了验证上述设计控制策略的正确性,提高可信度,搭建了1/4车辆磁流变悬架的台架试验平台。利用STM32单片机作为控制器在1/4车辆磁流变悬架试验台上分别对被动控制、LQG控制和GSA-LQG控制算法进行对比验证。

关键词： 矢量控制   工程机械   电力驱动   直接转矩  

摘要： 随着科学技术的不断发展和升级，混合动力在工程机械领域的应用逐步得到重视，其中轮边电力驱动控制的问题也备受关注。介绍轮边电力驱动控制中矢量控制以及直接转矩控制（DTC）两种常见技术，简述实践中存在的问题，对依据DTC的模糊化矢量控制、依据DTC的零电压矢量控制及依据DTC的空间矢量脉宽调制（SVPWM）等3种控制策略进行分析。

关键词： 开关磁阻电机   转矩脉动   有限控制集模型预测控制   直接转矩控制   转矩分配函数   直接瞬时转矩控制  

摘要： 开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)以其成本低、效率高、结构简单可靠、容错能力强及可控性高等优势已经在新能源汽车等电气传动领域得到应用,但同时由于其双凸极结构带来复杂的电磁特性,传统电机控制算法的应用会使得SRM固有的转矩脉动变大,为SRM的进一步应用带来挑战。本文采用有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)方法,结合SRM传统控制算法,针对SRM转矩脉动抑制方面进行研究,主要做了如下工作: 首先,以堵转实验测得的电机磁链数据为基础搭建了SRM的非线性函数解析模型。针对传统直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)中双滞环产生的转矩脉动问题,将FCS-MPC与传统DTC结合,提出了预测直接转矩控制(Predictive Direct Torque Control,PDTC)算法。该方法仅保留原系统磁链滞环,用仅含转矩一个变量的评价函数代替原DTC中的转矩滞环,消除了传统FCS-MPC中的权重因子。在单个控制周期内,仅将磁链滞环筛选的三个候选电压矢量代入模型进行转矩预测,无需计算所有电压矢量,降低了计算量。 其次,以SRM基于转矩分配函数(Torque Sharing Function,TSF)的直接瞬时转矩控制(Direct Instantaneous Torque Control,DITC)算法为基础,针对其换相区实际转矩与参考转矩跟踪误差大而造成转矩脉动大的问题,提出了一种将TSF-DITC与FCS-MPC结合的方法,即TSF-PDITC。首先在换相区制定新的扇区划分规则,再根据扇区选择相应的电压状态对相转矩进行预测,由评价函数选出下一时刻最优电压状态。不仅补偿了换相区转矩跟踪误差进而降低转矩脉动,同时减少了候选电压状态的数量,降低了计算量。 在MATLAB/Simulink环境下搭建了两种优化算法的仿真模型,相比于各自的传统算法均具有更优越的转矩脉动抑制能力,并且优化算法TSF-PDITC较优化算法PDTC的转矩脉动更低。最后,介绍了以TMS320F28069为核心的现有SRM实验平台,并在实验平台上完成算法的实现,实验结果进一步验证了本文所提优化控制策略的可行性和有效性。

关键词： 永磁同步电机   直接转矩控制   模型预测控制   转子位置估计   锁相环  

摘要： 永磁同步电机凭借功率密度高、运行可靠、控制性能好、带载能力强等优点,广泛应用于航空航天、医疗器械、电动汽车等领域。模型预测控制具有建模方便、抗干扰能力强、稳定性好的特点,将直接转矩控制思想与模型预测控制算法相结合,在一定程度上解决了转矩脉动大、动态响应差的问题。此外传统的位置估计方法是基于矢量控制进行检测,对于与模型预测控制相结合的转子位置估计方法有待进一步研究。本文以表贴式永磁同步电机为主要的研究对象,研究了基于转矩滞环的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法及转子位置估计策略,进行了以下主要研究工作:首先,对永磁同步电机的模型预测控制算法进行了系统分析,并对单矢量与双矢量模型预测转矩控制做了深入研究。通过仿真及实验说明了单矢量模型预测转矩控制存在转矩脉动大、电压矢量选择范围小、谐波含量高的缺点,双矢量模型预测转矩控制在一定程度上扩大了电压矢量的选择范围、降低了谐波含量,但还是存在转矩脉动大、计算量大的问题。有必要进行进一步的研究。然后,针对单矢量与双矢量模型预测转矩控制所存在的问题,研究了一种基于转矩滞环的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制策略。该方法是在传统模型预测转矩控制方法的基础上引入直接转矩控制的思想,并采用滞环控制的机制,能够实现单矢量和三矢量模型预测转矩控制之间的灵活切换,从而能更有效、快捷的实现对优化电压矢量的选择。相较于传统的模型预测转矩控制方法,能够更有效的抑制转矩脉动、减小电流谐波含量、降低开关损耗。仿真结果证明了该方法的有效性。最后,针对传统滑模观测器存在的高频抖振、转子位置估计误差大的问题,研究了一种基于滑模变结构自适应锁相环的转子位置估计策略。该方法是将滑模观测器与自适应锁相环相结合,采用改进双曲正切函数代替符号函数实现抖振的削弱,并利用自适应锁相环进行更精确的转子位置的估计。该方法分别与矢量控制和模型预测转矩控制相结合,通过仿真和实验结果验证了该方法的可行性。

关键词： 无位置传感器永磁同步电机   电力牵引   弱磁控制   矢量控制   磁极位置观测  

摘要： 随着永磁同步电机控制技术的日趋成熟,永磁同步电机逐渐在轨道电力牵引领域得到广泛应用。采用无位置传感器永磁同步电机能在转向架有限空间里布置更大的牵引功率,并使牵引系统更具有更高的可靠性,因此无位置传感器在轨道牵引系统中有着更为广阔的应用前景。为此,本课题对永磁同步电机无位置传感器在电力牵引控制系统的控制策略开展研究。在论文工作中,通过对地铁永磁同步牵引系统的主电路及运行方式进行分析,确定永磁同步牵引系统的基本结构,并确定将无位置传感器力矩矢量控制作为牵引系统的底层控制。针对永磁同步牵引电机直流输出电压恒定,调速范围宽的特点,对牵引电机弱磁控制方式进行深度研究。在电机控制过程中,按定子电流最小原则,采用最优化理论及电机矢量控制理论,完成对无位置传感器永磁同步电机的有效控制。在此基础上,设计了矢量控制系统的电流闭环及相应牵引逆变器SVPWM控制策略,实现了电力牵引系统全速范围内牵引电机的矢量控制。在论文工作中,按矢量控制要求对无位置传感器永磁同步电机全速域磁极位置观测方法进行研究。通过多方案比较,确定在低速时,采用基于滑模控制下的脉振高频电压注入来实现对磁极位置观测。在中高速时,采用基于滑模变结构的模型参考自适应法来实现对磁极位置的观测。并提出不同速度范围内磁极位置观测方法的平滑切换策略,避免在切换过程中的振荡,进而设计全速范围内磁极位置的观测。并将全速范围内磁极位置观测方法与矢量控制策略结合,实现全速范围内无位置传感器永磁同步电机矢量控制。根据列车运行特点及本文提出的矢量控制算法,建立永磁同步电力牵引仿真模型,仿真结果表明,本研究提出的全速观测磁极位置和矢量控制算法基本可以满足地铁牵引的需要。

关键词： 水权交易   最优控制   微分博弈   纳什均衡   平均场博弈   HJB方程   逼近纳什均衡  

摘要： 近年来,我国为实现绿色可持续发展、节约资源以及保护环境,建立了水权交易机制,用水权富余的企业可以将水权出售给需要的企业获得收益,以此激励企业自觉节水。因此,在企业确定生产策略时,还应将水权的价值纳入考虑。另一方面,市场中产品的价格通常都带有粘性(即产品的价格不易发生变动),粘性价格下企业的产量控制问题一直是经济学中的研究热点。于是,当市场中存在多个企业生产同一产品时,各企业的收益函数通过商品价格和水权价格相互耦合,如何调整生产策略就是一个复杂的随机微分博弈问题。而当市场中企业数量较多时,该问题极难求解。本文通过平均场博弈理论研究了粘性价格假设下企业最优产量和节水量的问题。具体地,首先用企业数量趋于无穷时的极限情形作为企业数量较大时的近似,求得极限情形下代表性企业的最优产量调节策略和节水策略。随后将相容性条件转化为求解一个不动点问题,证明了所构造映射不动点的存在唯一性,从而构造出平均场均衡策略。最后,通过平均场均衡策略,构造企业数量有限时各个企业的产量及节水量的调整策略,并证明该组策略是一个逼近纳什均衡。

关键词： 动力刨削系统   矢量控制   无刷直流电机   LCD触摸屏  

摘要： 动力刨削系统作为医疗领域重要的手术设备,由于其具有切口小、康复快和并发症少等优势,在神经外科、耳鼻喉科、骨科等外科手术中得到了广泛的应用。在国外市场上,相关动力刨削系统的技术已经趋于成熟,但在国内市场上,由于缺乏制造商、售后成本高、技术落后等原因,成为在国内医院推广使用的阻碍。因此,为解决动力刨削系统在国内市场面临的问题,本文研究并设计了一款动力刨削系统。本文的主要内容如下:1、基于动力刨削控制系统的工作原理、内部结构以及控制系统的功能需求,设计了动力刨削系统总体方案,并对重要的硬件设备选型进行了分析。2、以无刷直流电机为被控对象,建立了手柄电机在两相/三相坐标系下的数学模型,设计了一种基于矢量控制策略的手柄电机控制器,该控制器的速度环采用自抗扰控制替代传统PI速度环控制,减小了速度环的输出波动;同时,电流环采用预测电流控制替代传统PI电流环控制,改善了扰动时系统的响应速度。仿真结果表明,相比于传统的PI控制方式,在该控制方法下,手柄电机启动时超调量更小、正常工作时转速精度更高。3、以Altium Designer和Protel99 SE为开发平台,对动力刨削控制系统的硬件电路进行了设计,包括电源电路、三相驱动逆变电路、电流采集电路、滴注电路、过流保护电路、脚踏开关电路等一系列硬件模块;以Keil u Vision5和Visual TFT软件为开发平台,完成了动力刨削控制系统电机控制软件和人机交互界面设计,并对软件各模块工作流程进行了分析。4、搭建了动力刨削系统样机,对所设计的电机驱动系统的位置传感器、端电压、相电压波形和LCD触摸屏的通信功能进行测试后,通过实验验证了样机在不同运行模式下的稳定性,并对样机的转速精度进行测试。测试结果表明所设计的手柄电机控制器能够提高系统的控制性能,符合设计参数指标,验证了该控制系统的可行性与合理性。