基于模型预测控制算法的振动抑制研究

论文摘要

模型预测控制是20世纪80年代发展起来的一种现代控制方法。该控制方法以系统预测模型为基础,采用滚动优化和反馈校正的思想最优化目标函数,获得最小控制力,使目标输出与期望值之间的偏差最小。模型预测控制算法可应用于输入和输出之间存在耦合作用的多输入多输出系统,并且可以考虑控制约束、控制增量及输出约束等约束条件,目前该控制方法已广泛应用于多个研究领域。本文首先对预测控制算法进行理论分析,并将其引入振动控制领域,在计算机仿真中应用模型预测控制算法来实现控制作用。通过对柴油机双层主动隔振系统分析研究并建立模型预测控制系统,根据预测控制参数对隔振系统性能指标的影响来选择合适的预测控制参数。由仿真得到各个工况下比例积分微分（PID）算法和模型预测控制（MPC）算法的闭环系统输出曲线,通过比较仿真结果可知,MPC算法的控制性能更佳。在应用前馈-反馈预测控制策略时,设计了带有扰动估计器的模型预测控制,针对正弦干扰进行干扰观测并将其前馈补偿,仿真结果表明,前馈反馈控制策略能够达到明显的减振效果。本文着重讨论了模型预测控制在多变量系统中的应用研究,在主动悬架控制系统中应用MPC算法和线性二次型高斯控制（LQG）算法,对二者的控制效果进行了仿真结果对比分析。另外,对带有轮胎动位移、悬架动行程以及执行器作用力约束条件的主动悬架系统建立SIMULINK仿真模型,仿真结果表明在满足约束条件的情况下MPC主动悬架系统能够达到良好的减振效果。最后,在车辆低速状况下,假设路况信息已知,在主动悬架MPC控制系统中对路面输入信息进行前馈补偿,仿真结果验证了主动悬架系统预瞄控制器的优越性。最后本文介绍了显式模型预测控制的原理方法和计算流程,并以单轮车辆主动悬架模型为例,将显式模型预测控制技术应用于汽车主动悬架系统中,通过计算机仿真验证该方法的适用性和实效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景与研究意义
•   1.2 振动控制及常用算法
•     1.2.1 振动主动控制
•     1.2.2 主动控制算法
•   1.3 模型预测控制发展与研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
• 第二章 预测控制理论原理及算法分析
•   2.1 方法原理
•     2.1.1 预测模型
•     2.1.2 滚动优化
•     2.1.3 反馈校正
•   2.2 基于状态空间的MPC算法设计
•     2.2.1 系统输出变量预测
•     2.2.2 滚动时域控制
•     2.2.3 闭环反馈系统
•   2.3 前馈-反馈预测控制
•   2.4 本章小结
• 第三章 单回路系统振动抑制
•   3.1 双层主动隔振系统
•     3.1.1 双层隔振系统由来
•     3.1.2 双层主动隔振模型
•   3.2 预测控制参数整定与仿真分析
•     3.2.1 系统参数整定
•     3.2.3 仿真对比分析
•   3.3 基于干扰观测器的前馈MPC控制
•     3.3.1 带有扰动估计器的模型预测控制
•     3.3.2 仿真分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 多变量系统预测控制
•   4.1 主动悬架系统描述
•     4.1.1 积分白噪声路面谱
•     4.1.2 半车主动悬架模型
•   4.2 模型预测控制系统设计与仿真分析
•     4.2.1 基于Kalman估计的MPC系统设计
•     4.2.2 仿真对比分析
•     4.2.3 约束下MPC控制系统求解
•   4.3 预瞄MPC控制
•     4.3.1 结合预瞄信息的前馈补偿
•     4.3.2 仿真分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 显式模型预测控制计算
•   5.1 显式模型预测控制
•   5.2 系统建模与仿真
•     5.2.1 四分之一主动悬架模型
•     5.2.2 EMPC主动悬架系统仿真
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 研究内容总结
•   6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张智旺

导师: 吴晓明

关键词: 振动控制,模型预测控制,前馈补偿,仿真分析

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 力学,自动化技术

单位: 厦门大学

分类号: O328;TP273

总页数: 87

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