【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及車輛的磁懸浮領域，尤其涉及一種基于事件觸發的磁浮列車多懸浮系統預測控制方法。
技術介紹
1、高速磁浮列車具有綠色環保、爬坡能力強等優點，是未來地面交通的重要發展方向之一。懸浮系統通過精確控制電磁力來實現列車的無接觸懸浮，是保障高速磁浮列車正常運行的重要技術基礎和核心部件之一。目前，大多數懸浮控制研究都是基于解耦簡化后的單點懸浮系統進行設計，然而，列車內負載分布不均、軌道的隨機不平順等因素導致其中一個懸浮模塊的動力學狀態變化，進而直接影響另一個懸浮模塊的動力學狀態。磁浮列車是一個多點耦合的復雜系統，如果僅考慮單點懸浮系統的控制性能，忽略電磁鐵模塊之間的耦合作用會極大降低懸架系統的動態控制性能，影響列車運行平穩性。
2、此外，高速磁浮列車的懸浮系統是一個多約束的復雜非線性系統，包含懸浮間隙的輸出約束和控制電流的輸入約束，然而，現有大多數控制方法未充分考慮懸浮控制系統的輸入和輸出約束，導致系統控制性能下降。同時，為保障復雜工況下高速磁浮列車的平穩懸浮，目前設計的智能控制算法通常具有復雜的控制結構，消耗大量計算資源和內存，對系統硬件的計算能力要求較高，難以在大規模系統中實現，過多的計算資源占用會增加系統能耗，進一步削弱控制性能。此外，多模塊系統中由于電磁線圈電感滯后不可避免地存在輸入延遲，若忽略時延效應，將嚴重影響控制系統的性能，因此，如何同時考慮固有約束、計算/通信資源有限和系統時延等問題對開展高速磁浮高精度穩定懸浮研究具有重要意義。
3、現有技術中的控制方法都是基于時間觸發機制，在每一個采樣點實
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供一種基于事件觸發的磁浮列車多懸浮系統預測控制方法，以解決上述問題。
2、本專利技術提供一種基于事件觸發的磁浮列車多懸浮系統預測控制方法，包括：基于磁浮列車的電磁鐵參數，建立多電磁鐵懸浮系統連續動力學模型；結合多電磁鐵懸浮系統輸入時延，基于四階龍格-庫塔法對所述多電磁鐵懸浮系統連續動力學模型依次進行線性化和離散化處理，得到多電磁鐵懸浮系統離散耦合時延動力學模型；根據所述多電磁鐵懸浮系統的固有約束與耦合擾動，設計優化問題；結合所述多電磁鐵懸浮系統離散耦合時延動力學模型及所述優化問題，建立多電磁鐵懸浮系統的模型預測控制器；根據預設復合事件觸發機制更新所述模型預測控制器得到的控制信號，得到初始控制量；根據所述模型預測控制器迭代優化過程中的預測狀態，設計時延補償策略對所述初始控制量進行輸入時延補償，得到標準控制量；使用所述標準控制量對所述磁浮列車的多懸浮系統進行控制。
3、在本專利技術的另一實現方式中，所述多電磁鐵懸浮系統連續動力學模型表示為：
4、
5、其中，g表示重力加速度，單位為 n/kg； fd1 (t)、fd2 (t)分別為左右兩側電磁鐵受到的擾動力，單位為 n；、分別為左右兩側電磁鐵的質量，單位為 kg；、分別為左右兩側電磁鐵等效的彈簧系數，單位為 n/m；、分別為左右兩側電磁鐵在垂直方向上的位移，單位為 m； m1為懸浮框的質量，單位為 kg； m2為空氣彈簧和車體的質量總和，單位為 kg； μ0為空氣磁導率單位為 h/m； n為電磁鐵線圈的有效匝數； a0為電磁鐵線圈的有效橫截面積，單位為 m2； i1 、i2分別為左右兩側電磁鐵的電流，單位為 a。
6、在本專利技術的另一實現方式中，所述多電磁鐵懸浮系統離散耦合時延動力學模型表示為：
7、
8、其中，為左側電磁鐵模塊在時刻的系統狀態；；為右側電磁鐵模塊在時刻的系統狀態；；表示當前時間步；和分別為左右電磁鐵模塊懸浮間隙的跟蹤誤差，單位為m；是懸浮間隙目標值，單位為m；為關于時間的一階導數；為關于時間的一階導數和二階導數； a1為左側電磁鐵模塊的系統狀態參數矩陣， c21為多電磁鐵模塊的耦合參數矩陣，； a2為右側電磁鐵模塊的系統狀態參數矩陣， c12為多電磁鐵模塊的耦合參數矩陣，； b1為左側電磁鐵模塊的控制輸入參數矩陣，； b2為右側電磁鐵模塊的控制輸入參數矩陣，； d1為左側電磁鐵模塊的外部擾動參數矩陣， d2為右側電磁鐵模塊的外部擾動參數矩陣，；為輸入時延下左側電磁鐵模塊在時刻預測控制輸入序列；為輸入時延下右側電磁鐵模塊在時刻預測控制輸入序列；為系統隨機輸入時延；為左側電磁鐵模塊在時刻受到的外部擾動，；為右側電磁鐵模塊在時刻受到的外部擾動，；和分別為左右電磁鐵模塊相較于平衡點的外界擾動波動，單位為n。
9、為了便于控制器設計，將上式簡寫為：
10、
11、其中，為時刻的系統狀態，；為時刻的實際系統狀態，；為輸入時延下時刻系統的實際控制輸入，；為時刻系統受到的外部擾動，；為耦合系統狀態參數，；為最優控制量集，。
12、在本專利技術的另一實現方式中，所述優化問題表示為：
13、
14、
15、
16、
17、
18、其中，為時刻的預測系統狀態；為存在輸入時延下時刻的最優控制量；為預測時域；為控制時域；為事件觸發時刻；為時刻第步的預測系統狀態；為時刻第步的預測狀態；為存在輸入時延下時刻第步的最優控制量；為時刻系統受到的外部擾動；為時刻第步的系統估計狀態；為時刻第步的預測系統狀態；為時刻第步的最優控制量；為待設計的正整數；為系統狀態集；為預設系統狀態收縮集；為系統預測終端狀態集。
19、在本專利技術的另一實現方式中，所述預設系統狀態收縮集表示為：
20、
21、其中，為能保證系統閉環穩定的反饋控制增益；為時刻系統狀態的轉置； q為待選取的正定矩陣；為待選取的正定矩陣； γ為待設計的正常數。
22、在本專利技術的另一實現方式中，所述預設復合事件觸發機制包括優化可行性事件觸發機制、系統閉環穩定性事件觸發機制本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于事件觸發的磁浮列車多懸浮系統預測控制方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多電磁鐵懸浮系統連續動力學模型表示為：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述多電磁鐵懸浮系統離散耦合時延動力學模型表示為：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述優化問題表示為：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述預設系統狀態收縮集表示為：
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預設復合事件觸發機制包括優化可行性事件觸發機制、系統閉環穩定性事件觸發機制及能耗最小化事件觸發機制；
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述優化可行性事件觸發機制表示為：
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述系統閉環穩定性事件觸發機制表示為：
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述系統閉環穩定性事件觸發機制輔助條件表示為：
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述能耗最小化事件觸發機制表示為：
【技術特征摘要】
1.一種基于事件觸發的磁浮列車多懸浮系統預測控制方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多電磁鐵懸浮系統連續動力學模型表示為：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述多電磁鐵懸浮系統離散耦合時延動力學模型表示為：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述優化問題表示為：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述預設系統狀態收縮集表示為：
6.根據權利要求1所述的方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫友剛，張丹丹，吉文，徐俊起，賈寧，唐志遠，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：
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