李丹丹[1]2012年在《磁悬浮系统的鲁棒控制算法研究》文中研究表明电磁悬浮技术是一项高新的机电一体化技术,本身就是针对高速、精密化的目标进行研究,因而具有无摩擦、无磨损、寿命长、功耗低和噪声小等特点。磁悬浮控制系统是一类典型的非线性开环不稳定系统,磁悬浮系统在运行过程中会出现模型摄动和各种外界干扰,如(负载、冲击、振动)等,传统的PID控制很难满足较好的控制性能。鲁棒控制就是设计一种固定的控制器,使具有不确定性的对象满足控制品质,所以开展磁悬浮控制系统的鲁棒控制算法研究具有重要意义。课题在总结现有文献对磁悬浮控制系统研究的基础上,发现直接应用非线性控制方法和线性化方法中针对磁悬浮系统中存在的不确定性的研究还比较少,所以本文首先将基于耗散理论的非线性控制理论引入到磁悬浮系统中,设计了磁悬浮系统的非线性H∞控制器；然后应用线性控制器设计理论,设计了常规的积分滑模控制器；最后针对积分滑模控制器的不足给出了一种改进算法—基于H∞控制的积分滑模控制算法,并将此算法应用在磁悬浮系统控制系统中。为了验证所用算法的有效性,本文利用Matlab/Simulink工具,分别对所用的算法进行仿真试验,并对这叁种算法的仿真结果作了对比,仿真结果表明,基于H∞控制的积分滑模控制器能大大改善积分滑模控制器的性能,比非线性H∞控制器的性能稍好。
魏国平[2]2012年在《磁悬浮系统的H_∞控制研究》文中认为磁悬浮是一种新兴的机电一体化技术,可使物体无接触地悬浮起来,进而降低机械损耗,在航空航天、机械制造、交通运输等领域中具有重要的作用。目前,磁悬浮系统中的非线性、摩擦、耦合、不确定性等问题依然是一个控制难题。本文结合ECP Model730磁悬浮实验系统对一类具有不确定性、耦合和摩擦的磁悬浮系统的H∞控制方法进行了研究。对于实际系统在控制中遇到的一些问题,进行了分析并给出解决方法。主要内容有：1在单磁盘和双磁盘两种配置下建立了ECP Model 730磁悬浮实验系统的线性化模型,在建模过程中考虑了传感器、执行器和磁盘间相互作用力的非线性特性。2对单磁盘磁悬浮实验系统进行了不确定性分析并将其归结为标准混合灵敏度问题,在此基础上设计了H∞控制器。针对该H∞控制器在单磁盘磁悬浮实验系统控制过程中不能克服摩擦的问题,基于遗传算法建立了单磁盘磁悬浮实验系统的摩擦模型并对摩擦进行补偿,在一定程度上克服了摩擦对系统的影响。进一步,考虑摩擦模型存在不确定性,摩擦补偿并不能完全消除摩擦对系统的影响。针对这一问题,将摩擦视为对象输入端干扰并在灵敏度权函数中引入了对对象输入端干扰的描述,设计了具有对象输入端干扰抑制能力的H∞控制器。通过仿真考察了H∞控制系统的动态性能、稳态性能、抗干扰性能及其对四种参数摄动的鲁棒性。最后,对单磁盘磁悬浮实验系统进行了调试,实验结果表明,磁盘具有良好的动态跟踪性能和稳态性能,验证了所设计的H∞控制器的有效性。3对双磁盘磁悬浮实验系统进行了特性分析,针对摩擦、耦合等问题,在摩擦补偿和耦合补偿的基础上设计了双磁盘磁悬浮实验系统的H∞控制器。通过仿真考察了H∞控制系统的动态性能、稳态性能、抗干扰性能及其对四种参数摄动的鲁棒性。最后,对双磁盘磁悬浮实验系统进行了调试,获得了较为理想的控制效果,验证了所设计的H∞控制器的有效性。
郑建英[3]2016年在《基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器控制》文中认为磁悬浮系统因具有无接触、使用寿命长、低功耗、无摩擦等优点而被广泛研究。为了实现磁悬浮系统的位置可控,系统多采用安装位置传感器来反馈悬浮物的位置信息,但是位置传感器的安装会使整个系统的机械尺寸变大、电路硬件复杂化以及成本增加。为了克服这些缺点,人们开始向无位置传感器控制方向进行研究。为此,本文提出利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制。论文主要工作与成果有:首先,提出了基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器的控制模式,分析了无位置传感器磁悬浮系统的工作机理,详细介绍了无位置传感器磁悬浮系统的结构和工作过程,并根据磁悬浮系统位置估计方法原理推导出本文所用的气隙长度测量方法。其次,完成对无位置传感器磁悬浮系统工作点参数的优化设计。通过分析系统各参数之间的关联与冲突问题,选取满足系统条件的各个参数的折衷值以使系统的性能达到最优。进一步,对无位置传感器磁悬浮系统进行控制研究。在建立磁悬浮系统数学模型的基础上,设计了PID控制器和Back-stepping控制器,然后对磁悬浮系统进行Matlab/Simulink仿真。仿真结果表明了利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制是可行的。最后,完成了无位置传感器磁悬浮系统的实验验证。设计了以XE164FN为核心的无位置传感器磁悬浮控制系统的硬件电路和相应的软件,并对系统进行实验研究,实验结果证明了利用锁相放大技术对无位置传感器磁悬浮系统进行控制的可行性与有效性。
范素香[4]2004年在《基于H_∞控制理论的磁悬浮系统控制研究》文中认为磁悬浮由于无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长、低功耗、无噪声等优点越来越受到重视，磁悬浮性能的好坏主要取决于控制系统，因此，开展磁悬浮控制方法与技术的研究具有重要意义。参数摄动和外干扰引起的不确定性是磁悬浮系统难以解决的棘手问题，传统的控制方法很难满足要：求，H_∞鲁棒控制设计一个结构和参数均不变的控制器使得系统即使在不确定性处于最大界条件下仍然能够保证良好的稳态性能。因此，本文着重研究H_∞控制理论在磁悬浮系统中的应用。 本文首先建立了单自由度磁悬浮系统和径向四自由度磁浮轴承系统的数学模型；在此基础上，利用H_∞控制理论的混合灵敏度方法，根据系统受扰情况选择合适的加权函数，设计出能使该系统稳定且具有良好鲁棒性的H_∞控制器；通过计算机仿真将H_∞控制器和PID控制器的控制效果进行了对比，并分析了各种情况下系统的起浮性能。仿真证明：基于H_∞控制器的单自由度磁悬浮系统和径向四自由度磁浮轴承系统在起动时具有良好的稳定性和鲁棒性，对低频干扰信号具有令人满意的抑制效果，转子可以平稳地上浮，且在较短时间内达到平衡。 本文采用C语言与汇编语言混合编程，编写了控制程序并应用在基于TMS320VC33DSP的磁浮轴承控制系统上。最后在单自由度磁悬浮装置上进行悬浮实验，实验结果表明：基于H_∞控制理论设计的H_∞控制器可以实现系统的稳定悬浮，具有较强的鲁棒性和抗扰能力。
杨锋力[5]2005年在《单自由度磁悬浮系统的设计与控制研究》文中研究说明磁悬浮技术是一门新兴的机电一体化技术,其优点明显:无机械摩擦、不需润滑、功耗低、噪音小、可以大大延长机械本体的使用寿命等等。利用磁悬浮技术将铁磁性平台悬浮在磁场中,通过直线电机无接触驱动,结合控制技术实现快速精密定位已经越来越得到重视。磁悬浮系统性能优劣很大程度上取决于传感器和控制方法的特性,高精度、高响应频率和输出不受外界干扰的传感器以及磁悬浮系统中参数的摄动和外界不确定的干扰因素都是难以解决的棘手问题,传统的传感装置和控制方法很难满足系统要求,因此展开传感器和控制方法的研究与设计有着非常重要的现实意义。 本文针对磁悬浮系统中传感器与控制系统两个方面存在的问题进行研究。设计了光电位移传感装置,建立了单自由度磁悬浮系统实验台。然后针对该实验台建立其电流电压模型。以系统模型为基础展开理论分析,设计了数字PID控制器和H_∞控制器。通过计算机仿真比较以上两种控制方法的效果,且分析其悬浮性能。结果表明:与经典PID控制相比,基于H_∞控制器的单自由度磁悬浮系统有更加良好的稳定性和鲁棒性,且在较短的时间内达到平衡,对干扰信号的抑制取得了令人满意的效果。 实验中采用DSP芯片作为控制器,设计出相应的数字控制器,进一步通过实验验证以上控制方法的效果。实验结果充分肯定了基于H_∞控制方法设计的H_∞控制器的优越性:可以实现系统稳定悬浮,具有较强的鲁棒性和抑制干扰能力。
赵宁[6]2010年在《磁悬浮控制系统分析与设计》文中指出磁悬浮技术是一种利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的自动控制技术。它是典型的机电一体化技术,具有无摩擦、无磨损、寿命长、功耗低和噪声小等特点,在近半个多世纪内得到了长远发展和广泛应用。本文对固高公司的单自由度磁悬浮系统进行了分析,建立了系统数学模型,基于传统PID控制器设计了变参数PID控制器和单神经元PID控制器,根据系统不确定性又设计了H∞鲁棒控制器。本文首先分析了磁悬浮系统的工作原理及基本构成,建立了系统的非线性模型,分别利用基于平衡点展开的线性化和直接反馈线性化方法对系统模型进行了线性化处理,得到系统的线性模型。本文所研究的磁悬浮系统仿真模型为基于平衡点展开的线性化模型。本文在传统PID控制器基础上,基于一定的参数变化规则,在MATLAB的Simulink环境下设计了变参数PID控制器；由于人工神经元具有自学习和自适应能力、结构简单和易于计算等特点,设计了基于有监督Hebb学习规则的单神经元PID控制器；为防止单神经元PID控制器的控制量输出过大,在加权系数的调整中引入二次型性能指标,又设计了基于二次型性能指标的单神经元PID控制器。仿真结果表明,所设计的变参数PID控制器和单神经元PID控制器均比传统的PID控制器控制效果好,系统动态性能得以提高,适应性增强。本文利用H∞控制理论的混合灵敏度方法,根据加权函数的选择原则,选择合适的加权函数,设计出了使系统稳定且有良好鲁棒性的H∞控制器。通过计算机仿真,将H∞控制器和前面所设计的PID控制器控制效果进行了对比。仿真结果表明,小球实现稳定悬浮,系统在H∞控制下的动态性能进一步提高,抗干扰能力也得到增强。
付殿波[7]2012年在《高刚度磁悬浮系统的鲁棒控制研究》文中提出本文以龙门移动式数控机床的横梁为研究对象，应用磁悬浮技术减少其与导轨之间的摩擦，保证横梁悬浮在静止导轨的上方，实现精加工。本文主要研究的目的是根据横梁的工作原理与保持悬浮气隙高刚度控制过程提出有效的控制方法，以消除或减弱各外部扰动对悬浮刚度的影响，确保横梁悬浮的稳定性和悬浮气隙的精确性。首先，对龙门移动式数控机床的结构进行了详细的介绍，阐述了悬浮横梁的工作机理，以单磁铁为例建立了系统的数学模型。由于推导出的数学模型为非线性模型，因此选择在平衡点处对其采用局部线性化的方法，从而得到线性的电压控制模型和电流控制模型。其次，由于在系统建模时线性化后的模型与实际模型之间存在误差，因此选择H_∞混合灵敏度的控制方法设计了H_∞控制器，采用混合灵敏度优化算法折衷系统的抗干扰能力、跟踪能力与鲁棒稳定性叁者之间存在的矛盾，设计出良好的H_∞控制器从而提高系统的动态性能。与经典的PID控制方法进行了比较，H_∞鲁棒控制对干扰具有较好的抑制能力，提高了系统的悬浮刚度。最后，由于系统本身存在负载扰动、参数变化等诸多不确定因数，导致系统的气隙位移发生变化，使得系统的悬浮刚度减弱，为了更进一步提高系统的鲁棒性能和刚度，本文采用递归神经网络H_∞鲁棒控制器。在系统受到参数扰动和外部干扰时，神经网络的鲁棒控制能够较好的控制系统，消除或减弱系统的稳态误差，提高系统的稳定性，使系统达到高精度的要求。通过Simulink仿真研究表明，在磁悬浮系统的电压模型的基础上，设计了PID控制器和H_∞鲁棒控制器及神经网络的H_∞鲁棒控制器。而与经典控制方法相比较，H_∞鲁棒控制方法使系统有较好的鲁棒性能及抗干扰性能。利用神经网络的H_∞鲁棒控制方法来提高单电磁悬浮系统的悬浮刚度，两种控制方法的有机结合满足了悬浮系统的设计要求。
尚玲艳[8]2007年在《基于MATLAB的钢板磁悬浮控制系统研究》文中认为本文建立了单块钢板、垂直带钢、水平带钢这叁种钢板磁悬浮系统,基于对系统中电磁力模型和非线性运动方程的分析,建立起叁种钢板磁悬浮系统的非线性系统模型,并设计出一个兼顾叁种系统共性与异性的综合性系统框图。基于MATLAB对非线性系统所做的仿真研究,显示出钢板磁悬浮系统具有典型的非线性和不稳定性。其后以垂直带钢磁悬浮系统为代表,建立了线性化的系统电流控制及电压控制对象模型。在PID控制器设计中,针对电流控制对象模型,采用了一种针对不稳定对象的PID控制器设计方法,对控制结果进行了分析;对于电压控制对象模型,采用极点配置的方法设计PID控制器,均取得了较为满意的控制效果。根据混合灵敏度设计方法,对电流控制对象进行的H_∞控制器设计,得到满意的控制效果后,进一步通过仿真讨论了加权函数的选择以及控制对象的质量摄动对控制效果造成的影响,从仿真结果上看, H_∞控制器实现了较好的鲁棒性。其后对电压控制对象同样进行H_∞控制器设计,得到的仿真结果显示了H_∞控制器对于电压控制对象同样具有较好的控制效果。
李广[9]2013年在《磁悬浮球系统的鲁棒控制研究》文中指出磁悬浮是利用电磁力克服重力，使物体保持悬浮的一种技术。磁悬浮系统具有无接触、无摩擦等优点，所以磁悬浮技术有着广阔的应用前景。磁悬浮球系统结构比较简单，其研究成果可以直接应用到多自由度磁悬浮系统中。而且，磁悬浮球系统的开环不稳定性及非线性增加了系统控制的难度，使其成为验证各类控制算法的试金石。所以，对磁悬浮系统的研究具有很重要的现实意义和理论价值。论文对磁悬浮球系统进行了理论和实验研究。首先介绍了磁悬浮球系统的系统结构组成及其工作原理，根据磁悬浮球系统的工作原理设计了一套实验台，根据该系统的电磁学方程、电学方程、平衡方程和动力学方程建立了数学模型。在平衡点处进行了线性化处理，得到系统的线性模型，并进行拉普拉斯变换得到系统的传递函数。由开环传递函数可知系统有一个极点是正的，因此，磁悬浮球系统本身是不稳定的。为了实现磁悬浮球系统的稳定控制，必须对位置进行闭环反馈控制。由于系统都存在不确定性及各种外部扰动，系统模型是不确定的，本文对该系统进行了磁悬浮球系统的鲁棒控制的研究。通过合理选择加权函数设计了H混合灵敏度控制器，为便于工程实现，对H控制器进行了降阶处理。设计了基于英飞凌XE164FN单片机的磁悬浮球控制系统。实现了磁悬浮球系统的稳定控制，并对实验结果进行了详细分析，实验结果表明所设计的控制器是可行的。本文还进行了磁悬浮球系统的执行器/传感器一体化设计方法的研究。由于位置传感器的存在，使系统的动态性能降低，可靠性降低，并且传感器的灵敏度、工作点和分辨率等易受环境等外部因素的影响，导致系统鲁棒性较差。一体化设计可以减小磁悬浮系统的尺寸，提高系统的可靠性，降低磁悬浮系统成本。一体化设计的难点是无传感器位置估计技术。分析了位置估计方法的原理，即线圈电感与气隙大小有关，而且线圈的电感又与线圈的电压和电流有关。位置估计法的关键是在线圈电流中产生一个连续的扰动，本文通过采用PWM控制的桥式电路中产生的开关纹波来进行位置估计。根据法拉第电磁感应定律由电磁铁线圈电感与电压和电流的关系，建立了基于最小二乘法估计位置的数学模型。然后设计了基于英飞凌XE164FN单片机的一体化设计的磁悬浮球系统。实验结果验证了基于最小二乘法的位置估计方法的有效性。
周亮[10]2008年在《基于DSP的磁悬浮系统鲁棒控制》文中研究指明磁悬浮技术由于其具有无接触磨损,无需润滑和对环境无污染等特性,被广泛应用于空间技术等高技术领域中。本文设计开发了一种磁悬浮系统,能够使转子轴稳定悬浮,并达到很好的定位精度。本文首先从机械和电控两个方面分析了磁悬浮系统的结构组成、各部分的作用,并介绍了系统的控制原理。在电磁铁电磁力公式的基础上,推导了单自由度转子的数学模型,进而得出了磁悬浮系统径向和轴向的数学模型,为后续的控制器设计奠定了基础。在电控系统设计方面,本文涉及了硬件设计和软件设计两个方面。硬件设计首先介绍了硬件电路整体结构的设计,然后详细讨论了硬件电路各个功能板的设计,并重点介绍了基于DSP2812设计的控制板电路。软件设计则着重介绍了A/D,控制算法和D/A的程序设计思路和流程图以及控制系统的软件实现。由于模型的不确定性和外界干扰信号是磁悬浮系统设计中不可回避的问题,本文选择了鲁棒控制理论。首先结合动态补偿器的设计思路,考虑鲁棒稳定性,干扰抑制和最小能量控制叁方面的要求,设计了鲁棒动态补偿器,并进行了仿真。仿真表明:采用设计的鲁棒动态补偿器,磁悬浮系统基本消除了模型参数摄动对系统的影响,系统具有较好的鲁棒稳定性和性能。采用鲁棒控制系统设计的参数化方法应用于磁悬浮被控对象得到了满意的结果。最后,利用建立的磁悬浮轴承的数学模型,把磁悬浮轴承系统控制器的设计归结为混合灵敏度问题,针对磁悬浮轴承系统这一被控对象,分析了系统的不确定性,合理地选择了加权函数,从而得到了广义对象的数学模型,利用MATLAB鲁棒控制工具箱,得到了H∞H∞控制器。对控制器的性能进行了检验,系统稳定性和性能的要求都得到了满足。又对几种参数摄动情况进行了计算机仿真,表明设计的控制器对于一定范围了参数摄动,系统仍具有良好的稳定性和性能。
参考文献：
[1]. 磁悬浮系统的鲁棒控制算法研究[D]. 李丹丹. 东北大学. 2012
[2]. 磁悬浮系统的H_∞控制研究[D]. 魏国平. 南京理工大学. 2012
[3]. 基于锁相放大技术的磁悬浮系统无位置传感器控制[D]. 郑建英. 渤海大学. 2016
[4]. 基于H_∞控制理论的磁悬浮系统控制研究[D]. 范素香. 中南大学. 2004
[5]. 单自由度磁悬浮系统的设计与控制研究[D]. 杨锋力. 中南大学. 2005
[6]. 磁悬浮控制系统分析与设计[D]. 赵宁. 东北大学. 2010
[7]. 高刚度磁悬浮系统的鲁棒控制研究[D]. 付殿波. 沈阳工业大学. 2012
[8]. 基于MATLAB的钢板磁悬浮控制系统研究[D]. 尚玲艳. 上海交通大学. 2007
[9]. 磁悬浮球系统的鲁棒控制研究[D]. 李广. 哈尔滨工程大学. 2013
[10]. 基于DSP的磁悬浮系统鲁棒控制[D]. 周亮. 哈尔滨工业大学. 2008
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