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1、分类号 密级 U D C 编号 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY硕士学位论文论文题目 基于RBF-ARX模型的预测控制在磁悬 浮系统中的应用 学科、专业 控制科学与工程 研究生姓名 导师姓名及专业技术职称 MS THESIS:RBF-ARX Model-based Predictive Control With Application to Magnetic Levitation System Specialty: Control Theory and Control EngineeringMaster degree student: HOU HailiangSuperviso
2、r: Prof. Peng HuiSchool of Information Science & EngineeringCentral South UniversityChangsha, Hunan Province, ChinaMay, 2008原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用
3、授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名： 导师签名 日期： 年 月 日摘 要磁悬浮技术是当前控制领域的研究热点之一，它是磁悬浮列车、磁悬挂天平、磁悬浮轴承、磁悬浮电机等应用领域的关键技术。磁悬浮控制系统是研究磁悬浮技术的平台，由于它具有本质非线性、不确定性和开环不稳定性等特点，因此不容易建立精确的
4、数学模型。RBF-ARX模型是RBF(径向基函数)网络和线性ARX模型组成的复合结构，该模型是一个全局模型，能很好描叙非线性系统的动态特性，它采用融合了LMM策略和LSM策略的快速收敛的SNPOM方法来离线辨识和优化模型参数，系统在任意工作点的局部线性化模型都可以通过全局RBF-ARX模型得到。基于RBF-ARX模型的预测控制是国内外复杂非线性工业过程控制领域中一个新的前沿问题。本文根据预测控制的基本原理，探讨了RBF-ARX模型结构，以及基于RBF-ARX模型的预测控制算法，并对基于RBF-ARX模型的预测控制算法在磁悬浮控制系统的应用进行了探索。论文的主要研究工作包括：首先介绍了磁悬浮技术
5、的国内外研究现状和磁悬浮技术的应用情况，根据磁悬浮控制系统的各个组成部分的物理原理建立了磁悬浮控制系统的数学模型，并对非线性数学模型在平衡点附近进行了线性化，得到了系统的状态方程和传递函数。在此基础上分析了模型的可控性、开环稳定性等特性。然后介绍了预测控制的发展历程和应用中存在的问题，具体介绍了预测控制的基本原理，并以广义预测控制算法为基础讨论了预测控制的基本结构，深入分析了它们的预测模型、反馈校正与滚动优化方法。接着重点介绍了RBF-ARX模型的结构、参数辨识的原理和方法。在此基础上，建立了磁悬浮控制系统在不同状态变量下的RBF-ARX模型，并分析了各种模型的可靠性。本文最后介绍了基于RBF
6、-ARX模型的预测控制算法原理，应用基于RBF-ARX模型的预测控制算法对磁悬浮控制系统进行了控制仿真，同时也就其在磁悬浮系统中实时控制的可行性进行了一定的探索，并采用PID控制器和超前-滞后校正器进行了实时控制。 关键词：磁悬浮控制系统，模型预测控制，RBF-ARX模型，结构化非线性参数优化策略ABSTRACTThe magnetic levitation technology is an attractive field of the current control research domain. It is the key technology of magnetic levitati
7、on train, magnetic levitation balance, magnetic bearing and magnetic motor and so on. The Magnetic Levitation Control System is the platform of magnetic levitation technology studies, due to the characteristics of essential nonlinear, uncertainty and open loop instability, so it is hard to establish
8、 the precise mathematical model. The RBF-ARX model is a modelling method which aims at the complex nonlinear industrial process control. The RBF-ARX model is the composite construction of Radial Basis Function (RBF) network and the linear AutoRegressive model with eXogenous (ARX), it is a global mod
9、el and able to describe the system behavior. RBF-ARX model is estimated off-line by SNPOM which is a fast-converging hybrid method composed of Levenberg-Marquardt method (LMM) and least-squares method (LSM). Local linearization of the system at each working-point may be easily obtained from the glob
10、al RBF-ARX model. The predictive control based on RBF-ARX model is a new forward question in the domestic and foreign nonlinear industrial process control. According to the basic principle of the predictive control, this thesis discussed the RBF-ARX model structure and the predictive control based o
11、n RBF-ARX (RBF-ARX-MPC). Moreover, it also discoveried the application of predictive control based on RBF-ARX model in The Magnetic Levitation Control System.Firstly, this thesis introduced the present research and application of the magnetic levitation technology in the domestic and foreign, and es
12、tablished The Magnetic Levitation Control Systems mathematical model according to the systems each constituents physical principle, and obtained systems state equation and the transfer function through to carring on the linearization of the nonlinear mathematical model nearby the balance point. Then
13、 we analyze the model characteristics of controllability, open loop stability.Secondly, this thesis introduced predictive controls development process and the questiones which exist in its application, and specifically introduced predictive controls basic principle, and discussed the predictive cont
14、rol basic structure take the generalized predictive control algorithm as the foundation, analyzed its predictive model, methods of revising feedback and receding horizon optimization.Thirdly, this thesis emphasisly introduced the RBF-ARX model structure, the principle and method about parameter iden
15、tification.Then it established The Magnetic Levitation Control Systems RBF-ARX model under different state variable, and analyzed each kind of model reliability.Finally, this thesis introduced the principle of predictive control algorithm which is based on the RBF-ARX model, and carried on the control simulation to The Magnetic Levitation Control System
