基于特征模型的磁轴承交叉反馈控制研究

发布时间：2023-04-23 05:40

　　主动磁悬浮转子由于其非接触特性相较于传统机械轴承有着无摩擦无需润滑的优势,具有非常好的应用前景。然而当转子高速旋转至激发出一阶弯曲模态频率的转速时,其稳定性会受到陀螺效应的影响。为此提出了一种经典的解耦控制理论——基于PID的交叉反馈控制,其中交叉反馈项的引入就是为了能够抑制陀螺耦合效应,然而其并不能解决PID控制抗干扰性弱,受非线性磁场耦合影响大的问题。因此本文提出了一种新型的交叉反馈控制算法:基于特征模型的交叉反馈控制。将具有自适应功能的特征模型算法与抑制陀螺耦合效应的交叉反馈控制相结合。首先本文建立了传感器、功率放大器以及单自由度的磁轴承—转子数学模型,并通过五自由度受力分析建立起包含惯性质量与陀螺耦合力矩的四自由度的状态空间方程,并准确求出了状态空间方程的具体参数值。紧接着又介绍了特征模型辨识与全系数自适应控制算法的原理及相关理论证明,说明了两者的“载体”关系。为了说明基于特征模型的交叉反馈的可行性,将离散后PID控制量与特征模型控制量进行对比分析,建立起了两种控制算法的“桥梁”。然后将PID控制器替换为特征模型控制器,在转子运动微分方程中引入交叉反馈项后计算出交叉反馈系数的数...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
注释表
缩略语
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 陀螺效应抑制的主要控制算法研究现状
    1.3 基于特征模型的交叉反馈控制综述
    1.4 论文章节安排
第二章 主动磁悬浮转子的系统结构与刚性模型
    2.1 主动磁悬浮轴承的工作原理介绍
    2.2 磁悬浮轴承结构简介
        2.2.1 磁悬浮轴承的总体结构
        2.2.2 转子—电磁铁结构和实物图
    2.3 磁悬浮转子系统数学模型
        2.3.1 单自由度动力学模型
        2.3.2 五自由度磁轴承转子动力学模型和状态方程
        2.3.3 转子自由支撑的模态分析
    2.4 本章小结
第三章 基于特征模型的交叉反馈控制的可行性分析
    3.1 特征模型
        3.1.1 特征建模原理
    3.2 特征模型的获取与应用
        3.2.1 特征模型的获取
        3.2.2 基于特征模型的全系数自适应控制
    3.3 基于特征模型的交叉反馈控制
        3.3.1 传统的交叉反馈控制
        3.3.2 基于特征模型的交叉反馈控制
    3.4 本章小结
第四章 基于特征模型的交叉反馈控制的仿真与分析
    4.1 基于特征模型的交叉反馈控制仿真平台的搭建
        4.1.1 单自由度特征模型控制系统的仿真平台搭建
        4.1.2 基于特征模型的交叉反馈控制系统的仿真平台搭建
    4.2 系统仿真性能的分析
        4.2.1 单自由度系统仿真性能分析
        4.2.2 基于特征模型的交叉反馈系统性能分析
    4.3 本章小结
第五章 基于特征模型的交叉反馈控制的磁悬浮系统实验研究
    5.1 控制系统软硬件实现
        5.1.1 基于特征模型的交叉反馈控制算法的硬件实现
        5.1.2 基于特征模型的交叉反馈控制算法的软件实现
    5.2 实验研究
        5.2.1 转子转速采集
        5.2.2 转子起浮实验
        5.2.3 高速旋转实验
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况



本文编号：3799203