基于滑模变结构的磁悬浮轴承控制方法研究

发布时间：2020-03-23 02:37

【摘要】：随着工业步伐的加快,传统轴承已跟不上现代工业的需求,不能满足高精度、高转速和低磨损的性能要求,所以人们将磁悬浮轴承作为一种适应当代的新型轴承并深入研究,磁悬浮轴承也因此成为了世界的研究焦点。主动式磁悬浮轴承具有无接触、低耗能、寿命长、精度高等优点,在这些优点的基础上本文侧重于它的可控制性,本文也是针对主动磁悬浮轴承系统的可控制性去设计基于滑模变结构控制的控制器,然后通过仿真实验的结果与相关的性能指标对比,验证和分析本次设计的理论可行性。首先,建立主动磁悬浮轴承系统的高精度模型,以单自由度磁悬浮轴承系统的组成和工作原理为基础,对其进行合理简化和磁力分析,得出单自由度磁悬浮轴承系统的数学模型,并用状态空间方程和传递函数描述。在研究单自由度磁悬浮轴承的基础上,对多自由度磁悬浮轴承系统做进一步的深入研究,再根据上述的步骤方法建立了合理的径向四自由度高精度数学模型。其次,在建立的高精度模型基础上,对单自由度磁悬浮轴承系统设计模糊滑模控制器。文中先设计基于指数趋近律的滑模控制器,从理论和仿真实验结果中得出滑模控制的优缺点,并针对其存在的抖振现象,提出进一步的改进方案。在设计的滑模控制器的基础上结合模糊控制,利用模糊控制来对滑模控制器的参数进行自动调节,使得系统可以得到更好的控制效果,并通过MATLAB/SIMULINK软件进行模型搭建和仿真分析。最后,针对径向四自由度磁悬浮系统的非线性、不确定性和多输入多输出的特点,提出了快速Terminal滑动模态,考虑到滑模控制的抖振和非线性滑动模态的收敛速度慢,提出收敛速度快并且可以消除抖振的全局快速Terminal滑模控制器,通过最后的仿真验证了所设计的控制器的可行性,并且相比传统控制具有更好的控制效果。图 [36] 表 [3] 参 [59]
【图文】：

变化曲线,系统状态,变化曲线,控制方法

在波形图中没有抖振存在，说明全局快速 Terminal 滑模控制不仅出、非线性不确定的系统有着较好的控制效果，而且还消除了传象，这种控制效果是传统滑模不可能存在的。这种控制方向也可重要方向，但是面对高阶系统来说，，此种控制方法的设计很复杂，当一个参数变动时，其他参数又要重新计算，且计算过程很繁是这种控制方法的效果还是很好的。此次设计的控制器可以增加系统的鲁棒性，另外做了一个干扰实例，这里选取波形的原因不是单独考虑此自由度，而是此方情况下受干扰的波形，所以还是集中控制的思想，只是将其单独到的波形易于观察和分析。.003s 时给一个阶跃的干扰（阶跃幅值取 0.01），可以得到如图承转子依然可以达到期望位置，且受到干扰的影响较小，说明系干扰能力强，也体现了该控制方法能提高系统的鲁棒性，下图为aX 的变化曲线。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.3

【参考文献】