現(xiàn)代控制理論在磁懸浮系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)代控制理論發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)方法簡便，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以電磁吸引式三點(diǎn)磁浮裝置為研究對象，采用現(xiàn)代控制策略來實(shí)現(xiàn)懸浮體的穩(wěn)定懸浮。磁懸浮系統(tǒng)是典型的本質(zhì)非線性系統(tǒng)，同時(shí)，與單點(diǎn)懸浮系統(tǒng)SISO相比，本系統(tǒng)——懸浮盤是多點(diǎn)懸浮系統(tǒng)MIMO，還多出了強(qiáng)耦合特性。對具有本質(zhì)非線性和強(qiáng)耦合特性的多點(diǎn)磁懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定控制的研究，正是本課題的核心問題。 此項(xiàng)目開展的目的是將現(xiàn)代控制理論運(yùn)用到多點(diǎn)磁懸浮系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)合適的控制策略，實(shí)現(xiàn)懸浮

2、系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 文章從磁懸浮系統(tǒng)的工作原理和組成入手，針對磁懸浮系統(tǒng)的特點(diǎn)分析指出了電渦流位移傳感器是適合于本系統(tǒng)的氣隙傳感器，同時(shí)對電渦流位移傳感器的一些不利于控制的地方提出了測量和校正的方法；選擇了懸浮電磁鐵的鐵芯材料、形狀、線圈匝數(shù)等；懸浮斬波器是多點(diǎn)懸浮系統(tǒng)的功率驅(qū)動部分，也是關(guān)鍵的動力設(shè)備，斬波器的結(jié)構(gòu)、供電電壓、開關(guān)頻率等因素直接影響了懸浮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和剛度，文章提出了采用H型MOS兩象限橋式斬波器作為懸浮系統(tǒng)的功

3、放部分。 本文提出采用雙環(huán)磁懸浮控制器。由于采用電磁鐵電流作為控制對象，與電壓控制相比可以將原來的三階系統(tǒng)降為二階，大大的簡化了系統(tǒng)的控制難度，因此本文直接采用電流控制的方案，將電磁鐵的模型建立成氣隙和電流的關(guān)系。內(nèi)環(huán)為電流閉環(huán)調(diào)節(jié)器，其作用是提供無靜差的控制電流，外環(huán)為氣隙控制器，用于消除氣隙的靜差，從而達(dá)到穩(wěn)定懸浮的目的。電流閉環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)中考慮到了斬波器電壓輸出能力是有限的，設(shè)計(jì)了分段的PI電流控制器。電壓輸出能力有限在

4、以前的文獻(xiàn)中是沒有提到的，總是默認(rèn)電壓的輸出能力是無限的。在電流環(huán)的基礎(chǔ)上，文章完成了氣隙控制器的設(shè)計(jì)。 在實(shí)際工作過程中，磁懸浮系統(tǒng)中的線圈電感是不斷變化的，因此，在相同的控制參數(shù)的情況下，其對懸浮系統(tǒng)的動態(tài)性能影響較大。為了使懸浮穩(wěn)定，懸浮裝置必須能夠感知線圈電感的變化，并且可以實(shí)時(shí)的、在線的修改控制參數(shù)以適應(yīng)電感的變化，達(dá)到提高系統(tǒng)性能，使系統(tǒng)穩(wěn)定懸浮，并且具有最優(yōu)的工作品質(zhì)的目的。本文通過檢測電磁鐵的線圈電壓和電流，采用