电-磁耦合磁悬浮控制系统Hopf分岔与控制器设计

根据磁悬浮系统的动态特性,首先提出了具有非线性鲁棒 Ｐ Ｉ Ｄ 控制器的电 磁耦合磁浮系统的动力学模型,从理论上分析了此系统产生分岔时的复杂动力学行为,给出了 Ｈｏｐｆ分岔的参数条件,及控制器参数选取域,以使当参数在某一给定范围内变化时,系统始终保持在渐近稳定的平衡态,且通过对具体磁悬浮系统的数值仿真,表明此电 磁耦合控制系统的动力学行为很复杂,对它进行分析是实现稳定控制的关键,仿真结果与理论分析完全相符;本文的分析对磁悬浮控制系统的进一步设计、稳定控制有理论指导意义。     

磁悬浮支承振动半主动控制设计与仿真

利用DSP作为控制算法的核心器件,搭建了半主动减振系统,并将其应用于双层隔振系统中。通过调节PID控制器参数,改变电磁力从而获得系统的最佳刚度和阻尼。针对磁悬浮支承双层隔振系统的非线性和工作过程的复杂性,利用Simulink在非线性控制系统领域的仿真优势,建立磁悬浮支承的数学模型,将模糊控制、神经元控制分别和PID控制相结合进行仿真对比,仿真实验表明,神经元PID控制的动态性能和稳定性最佳,为磁悬浮浮筏隔振系统进行变刚度变阻尼控制提供可遵循的依据。     

低速磁浮列车磁悬浮系统仿真平台设计与控制

低速磁浮列车采用电磁型(EMS)悬浮控制系统。由于系统的本质非线性和开环不稳定,使控制系统的设计成为磁浮交通的关键技术。文中首先建立了磁悬浮系统非线性动力学模型,并搭建了磁悬浮系统仿真平台,该平台可用于控制策略的设计与验证。然后利用线性化模型,设计了带有加速度反馈的PD控制律。通过仿真平台中非线性模型的仿真结果,优化了控制器结构和参数。最后通过整车试验验证了所设计的控制系统的有效性。     

电磁轴承数字控制器模拟化设计方法及验证

着重介绍了数字控制器的模拟化设计方法,包括控制系统改进PID算法的离散化、整个系统的仿真和相应程序的实现.在原有模拟控制系统的基础上,设计了一种新的数字控制器,并运用设计出的数字控制器,对磁悬浮分子泵进行控制,实现了磁悬浮分子泵轴向单自由度的稳定悬浮.     

非线性强陀螺效应磁悬浮转子的解耦控制

针对磁悬浮控制力矩陀螺径向磁悬浮转子强非线性、强陀螺效应耦合对系统稳定性的影响,建立了磁悬浮转子多通道非线性动力学模型与功放模型,分析了磁悬浮转子系统的强陀螺效应耦合性,提出了一种考虑功放环节的α逆系统结合滑模控制器的解耦控制方法,并对其进行了仿真试验。结果表明,该方法对磁悬浮转子系统有良好的解耦效果与鲁棒性。     

非线性磁悬浮系统动力学建模与控制研究

针对磁悬浮列车悬浮系统的强非线性和存在外界扰动下传统PID控制器鲁棒性弱的问题,首先建立磁悬浮控制系统的数学模型并通过Adams动力学分析软件进行非线性动力学建模。采用模糊规则对PID的参数进行在线自适应整定,设计适用于磁悬浮系统的模糊自适应PID控制器。讨论在不同外界干扰下,所设计控制器在实现磁悬浮列车稳定悬浮时的控制性能并在虚拟样机中进行实时观测。通过对所设计的模糊自适应PID控制器在磁悬浮系统上的应用,可以明显发现其控制性能优于传统PID控制器。此外,在受到外界干扰的情况下,与传统PID控制器相比,所设计的模糊自适应PID控制具有较强的抗干扰性及鲁棒性。更适用于在实际磁悬浮工程中克服外界干扰来工作运行。     

磁悬浮系统的积分滑模自抗扰控制

针对磁悬浮系统存在着非线性、时滞和易受到其它不确定性因素干扰的问题，首先建立了单自由度的磁悬浮系统模型，提出一种基于积分滑模自抗扰的位置控制算法。算法利用扩张状态观测器对悬浮球的位置和未知干扰进行估计，再将估计的位置信息和干扰项用于控制的反馈和控制量的补偿。将积分滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中，设计了积分滑模自抗扰控制器，并根据Lyapunov理论对控制系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明，所设计的积分滑模ADRC控制器实现了对磁悬浮球的位置控制，对系统存在的内外扰动和不确定性具有较强的鲁棒性，同时能对设定位置信息进行跟踪，并有较好的动态特性。     

基于分叉行为磁悬浮控制系统控制器设计研究

本文基于磁悬浮控制系统的分叉特性,提出了一种从理论上确定控制器参数范围的方法,通过应用非线性动力学分析得到的系统规形和普适开折,给出了为实现稳定控制,控制器参数的范围。数值仿真表明,理论分析是正确和有实际意义的。     

基于LMI的磁悬浮永磁直线电动机H∞鲁棒控制器的设计

针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于线性矩阵不等式( LMI)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器.首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.其次,根据H∞性能指标与线性矩阵不等式的等价性,将设计问题转化为对LMI的求解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器.最后,为了验证设计的有效性,在MATLAB环境下应用Simulink建立系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求.     

一种基于DSP的磁悬浮模糊控制系统的研究

本文在介绍磁悬浮控制系统原理的基础上，选用控制领域性价比较高的DSP(TMS320LF2407A)作为控制器，采用模糊控制策略，设计了磁悬浮控制系统，并给出仿真和实验结果。     

电励磁直线电动机磁悬浮系统的非线性自适应反步控制

为提高电励磁直线电动机（electrically excited linear motors,EELM）驱动的数控机床磁悬浮平台控制系统的性能，提出一种非线性自适应反步控制方法。研究EELM的结构与运行机理，该EELM的定子由铁心和励磁绕组组成，动子由动子铁心和电枢绕组组成，与数控机床进给平台固定连接驱动平台运动，励磁磁场对动子铁心的单边磁拉力实现平台的悬浮；建立EELM磁悬浮平台控制系统的数学模型与状态方程；对电励磁直线电动机磁悬浮平台运行过程中存在的不确定性扰动，设计非线性自适应反步控制器，对未知扰动进行估计，采用李雅普诺夫理论证明系统的稳定性；用MATLAB/Simulink对控制系统进行计算机仿真，验证所提方法的有效性。     

基于遗传算法的可控励磁直线磁悬浮同步电动机自抗扰控制

对可控励磁直线磁悬浮电动机控制系统提出基于遗传算法的自抗扰控制策略。根据可控励磁直线磁悬浮电动机的运行机理,建立其数学模型。设计反馈跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈控制律,对传统函数fal进行改进,应用到控制器中。实现对给定信号的跟踪,并将系统耦合量和外界扰动作为系统的“总扰动”,并对总扰动进行观测与补偿。针对控制器中存在多个参数难以整定的问题,采用遗传算法对控制器参数进行寻优。对控制系统进行仿真研究,结果表明,基于遗传算法的自抗扰控制系统具有对参考信号良好的跟踪性能,以及对干扰信号的抑制能力。     

径向磁悬浮轴承参数不确定控制的研究

研究了基于状态空间算法的径向磁悬浮轴承参数不确定H∞ 控制 ,将磁悬浮轴承的位移和速度变量直接反馈 ,设计了H∞ 状态反馈控制器 ,解决了轴向重载磁悬浮轴承系统中的关联不确定性问题。仿真结果表明 ,在所考虑的参数不确定范围内控制系统具有鲁棒稳定性。     

磁悬浮轴承多自由度转子系统的协同控制建模与仿真研究

电磁轴承具有无摩擦和磨损、寿命长、无油污染等优点而具有广泛的应用前景.针对非线性、高维特性以及负载不确定性和大范围变化的磁悬浮支承的转子动力系统,建立了系统的原型模型,基于逆系统对系统进行非线性解耦伪线性化,并设计了对伪线性化系统的协同控制器,构建了基于协同控制策略的闭环控制系统,并对系统进行了仿真研究,仿真结果表明:经过逆系统解耦的磁悬浮轴承支承的多自由度转子动力系统,在协同控制作用下,系统具有无超调且响应速度快、抗负载干扰的鲁棒性强、稳态性能好等优点,与传统PID控制策略比较具有更好的动态性能和稳态性能.     

数控机床直线同步电动机磁悬浮系统反馈线性化控制的研究

由于在数控机床直线同步电动机磁悬浮系统中,直轴电流、悬浮高度与水平速度之间存在非线性耦合,以及负载扰动等不确定因素,会对控制系统产生诸多不利影响。针对该问题,提出了一种新型解耦控制方法。建立可控励磁磁悬浮直线同步电动机(controllable excitation linear magnetic suspension synchronous motor, CELMSSM)的数学模型;通过选取适当的状态变量得到该电动机的仿射非线性模型;在传统电流控制的基础上,利用非线性系统的微分几何理论,通过坐标变换与状态反馈,将电动机仿射非线性模型解耦线性化为直轴电流子系统、水平速度子系统以及悬浮高度子系统的3个可独立控制的线性子系统;根据最优极点配置法设计系统的控制规律,从而实现可控励磁磁悬浮直线同步电动机的动态解耦控制。最后,对控制系统进行仿真研究,结果表明通过反馈线性化控制与传统PI控制仿真对比,所提出的控制策略可使系统的动、静态性能得到显著增强。     

磁轴承轴向控制系统的仿人智能PID控制

以立式主动控制电磁轴承为研究对象,阐述传统PID控制在磁轴承控制系统应用中所存在的不足。针对磁悬浮轴承控制系统非线性、时变、强耦合的复杂特性,提出了仿人智能PID控制算法,并用Simulink进行了系统仿真。仿真结果表明:仿人智能PID控制在动态和稳态控制效果以及抗干扰能力上,比普通线性PID控制有很明显的优势。     

基于FPGA的磁悬浮微驱动器控制系统研究

针对磁悬浮微驱动器的实时精确控制问题,对新型绕组式磁悬浮微驱动器的结构与工作原理进行了研究,对磁悬浮微驱动器中的磁场分布进行了理论分析,提出了一种基于FPGA的磁悬浮微驱动器悬浮系统的运动模型以及PID控制系统,并通过Matlab仿真实验验证了该数学模型。完成了系统的硬件控制电路及相应的软件设计,搭建了基于FPGA的磁悬浮微驱动器悬浮控制实验系统。该系统可利用位置环对磁悬浮微驱动器进行PID控制,并在上位机Delphi界面中显示悬浮状态,通过对所设计的PID控制器的控制精度、大范围精确控制性能、动态性能和跟踪性能进行了实验验证。实验结果表明,该系统响应速度快、可靠性高,可实现2 mm范围的精度为1μm的控制。     

加工中心龙门磁悬浮高度的滑模控制

针对龙门加工中心中的移动横梁,提出了采用磁悬浮技术,实现无摩擦驱动的新型控制方案。根据所建立的横梁磁悬浮系统的数学模型,应用基于微分几何的反馈线性化方法将非线性的电磁悬浮系统转化为线性系统,然后利用积分滑模控制器来对整个系统进行鲁棒控制。仿真研究结果表明,与传统控制方法相比,系统具有很强的抗扰性和较高的刚度,横梁能够实现无摩擦稳定悬浮。     

可控励磁直线同步电动机跟踪与干扰抑制H_∞鲁棒控制器设计

针对磁悬浮可控励磁直线同步电动机控制系统,提出跟踪与干扰抑制H_∞鲁棒控制。首先,建立可控励磁直线同步电动机控制系统在磁悬浮运行状态下的数学模型;其次,为设计状态反馈与扰动前馈复合控制系统,设计扰动观测器对不确定性的外部扰动进行观测;再次,将系统对给定信号的跟踪与干扰信号的抑制问题转化为标准H_∞问题,通过解Riccati方程得到半正定解,进而设计出跟踪与干扰抑制的H_∞鲁棒控制器,以达到实现直线同步电动机数控机床磁悬浮平台精确控制的目的;最后用Matlab软件对H_∞鲁棒控制的可控励磁直线同步电动机伺服系统进行仿真研究,仿真结果表明该控制系统能够很好地跟踪给定信号,并且对于不确定性的外部扰动,H_∞控制比PI控制具有更良好的抑制作用。     

基于四极电磁铁的磁悬浮装置控制

为了实现悬浮物体在空间位置的悬浮,提出了一种基于四极电磁铁的磁悬浮装置,针对该磁悬浮控制系统的特点,建立了磁悬浮系统的逆动力学模型;研究了悬浮体在平衡位置的空间状态方程,并构建了基于状态反馈的极点配置控制器;使用MATLAB/Simulink设计了系统的仿真模型,通过仿真和实验,证明了控制器的有效性。