新型磁懸浮系統(tǒng)控制方法研究.pdf

1、磁懸浮技術(shù)由于其無(wú)接觸、無(wú)摩擦、高精度定位、功耗小、無(wú)需潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到了越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注。而磁懸浮技術(shù)的核心和關(guān)鍵技術(shù)就是磁懸浮控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其性能的好壞將直接決定整個(gè)磁懸浮系統(tǒng)的性能，包括系統(tǒng)穩(wěn)定性、剛度、抗干擾能力等。由于磁懸浮系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)非線性、不確定、開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，這些都增加了磁懸浮控制器設(shè)計(jì)的難度。所以，對(duì)磁懸浮控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題的研究以及探索新型磁懸浮控制方法具有十分重要的理論與現(xiàn)實(shí)意

2、義。
　　 本文以單磁鐵磁懸浮系統(tǒng)為研究對(duì)象。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建模方便、性能分析相對(duì)容易，并且可以極大的縮短研究周期等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)多自由度磁懸浮系統(tǒng)的研究，可以借鑒單自由度磁懸浮系統(tǒng)研究已經(jīng)取得的許多有意義的研究成果。本文研究的主要內(nèi)容包括三個(gè)方面：
　　 一．在詳細(xì)分析了單磁鐵磁懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及工作原理的基礎(chǔ)上，基于磁路基爾霍夫定理、牛頓定理、電磁感應(yīng)定理等建立了其數(shù)學(xué)模型。然后分別采用基于平衡點(diǎn)展開(kāi)和直接反饋

3、線性化方法對(duì)其進(jìn)行了線性化處理，建立了其線性化模型，并通過(guò)系統(tǒng)系能分析及仿真結(jié)果表明系統(tǒng)開(kāi)環(huán)是不穩(wěn)定的，需要對(duì)其進(jìn)行反饋控制設(shè)計(jì)。同時(shí)，基于磁懸浮系統(tǒng)本身的非線性特性，建立了非線性模型。
　　 二．基于平衡點(diǎn)展開(kāi)線性化模型，設(shè)計(jì)了磁懸浮系統(tǒng) 控制器，通過(guò)Matlab\Simulink仿真觀察了控制器控制系能。然后基于直接反饋線性化模型，根據(jù)給定的性能指標(biāo)，我們采用兩個(gè)主導(dǎo)極點(diǎn)加一個(gè)離主導(dǎo)極點(diǎn)較遠(yuǎn)處的極點(diǎn)的配置方法，對(duì)系統(tǒng)的極點(diǎn)進(jìn)

4、行配置，設(shè)計(jì)了磁懸浮系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制器。通過(guò)觀察仿真結(jié)果，可以看出兩種線性控制器都符合我們的設(shè)計(jì)要求。通過(guò)比較仿真結(jié)果，可以看出，狀態(tài)反饋控制器具有更好的干擾抑制能力。
　　 三．通過(guò)選取新的狀態(tài)變量，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，我們將懸浮系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題。基于轉(zhuǎn)換后的模型，采用backstepping設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了非線性懸浮控制器。性能分析結(jié)果顯示，將所設(shè)計(jì)的控制器應(yīng)用到變換前的系統(tǒng)中，可以保證閉環(huán)系統(tǒng)中各信號(hào)均是