磁悬浮轴承系统的鲁棒H_∞控制研究
发布时间：2020-12-19 11:20
本文的主要工作是将鲁棒H∞控制理论应用到主动磁悬浮轴承实验平台中。首先对系统的各个环节进行了分析,包括转子动力学、传感器、功率放大器和控制器结构分析,建立了五自由度磁悬浮轴承-转子数学模型,并将其进行了强制解耦,得到了分散控制需要的数学模型。考虑到磁悬浮轴承系统中的参数不确定性,本文采用参数不确定H∞控制理论,利用结构化设计和分散控制策略,通过求解2-Riccati方程,设计了单自由度上的H∞控制器,并采用仿真实验,探讨了该控制器对参数摄动的抑制性能。针对磁悬浮轴承-转子结构中存在的未建模动态等不确定性,本文采用H∞混合灵敏度法设计了分散H∞控制器,设计过程中,提出了加权函数与控制器之间的部分内在联系。针对径向和轴向的H∞控制器,本文在Matlab/Simulink环境中还分别进行了磁悬浮轴承系统的仿真实验,从理论上验证了所求H∞控制器良好的信号跟踪和干扰抑制性能。最后,通过对H∞控制器进行双线性变换,本文编写了C语言H∞控制程序,并将其应用到基于PC机实时控制系统的磁悬浮轴承实验平台中,在DOS操作系统下,实现了转子在空间五个自由度上的稳定的静态悬浮和在悬浮状态下的30000转/分钟...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁悬浮轴承-转子机械结构简图
轴向自由度： KAVaz=0.5/(2.18则，五自由度的磁悬浮轴承系统的功率放大器的数学模型为：(,,,,)aararararazG =diagKKKKK(2.192.2.4 控制电路引入的增益本文采用的控制系统的硬件部分引入了一些电压转换环节，由于这些环节也是在控制器之外，从控制理论应用的角度来讲，应当将这些环节考虑到系统模型当中，具体分析如下：由于系统的数据采集是通过 DSP 芯片 TMSLF2407A 来实现的，其 AD 通道的输入电压值为 0V 到 3.3V，该芯片需要采集传感器的输出电压值，所以要将传感器的输出，即 0V 到 5V 的电压范围转换为 0V 到 3.3V，如图 2.5 所示；而控制器的输出经 DAC7625 芯片改造为模拟量，其范围是 0V 到 2.5V，为了配合功率放大器的输入接口电路，需要将其转化为-5V 到 5V，如图 2.6 所示。这些转换电路都引入了增益环节 Kad和 Kda，如下图 2.7 所示：
图 2.6 DA 输出到功放输入的电压转换电路图 2.7 控制器系统引入的增益环节示意图其中： =2/3adK ， =4daK (2.2由自动控制原理，并考虑到 5 路控制器系统，引入的增益的传递函数为：(,,,,)haddaaddaaddaaddaaddaG =diagK KK KK KK KK K(2.2adKdaK控制律K控 制 器 系 统传感器 功放
【参考文献】：
期刊论文
[1]转动惯量测试台磁悬浮系统电磁阻尼的研究[J]. 徐华,刘淑琴,虞烈. 西安交通大学学报. 2001(12)
[2]电磁轴承系统实现自动平衡的一种新方法[J]. 黄晓蔚,唐钟麟. 机械工程学报. 2001(07)
[3]支承飞轮的推力磁轴承设计[J]. 赵艾萍,凌卫青,谢友柏. 航空学报. 2001(04)
[4]H_∞设计:两块还是三块问题[J]. 王广雄,袁欣. 电机与控制学报. 2001(02)
[5]电流响应速度及力响应速度对磁轴承系统性能的影响[J]. 张德魁,赵雷,赵鸿宾. 清华大学学报(自然科学版). 2001(06)
[6]磁悬浮轴承内圆磨床电主轴及其控制[J]. 张德魁,赵雷,赵鸿滨,冷玮,朱永华. 轴承. 2000(11)
[7]径向磁轴承电磁参数的计算[J]. 龙志强,王水泉,杨泉林. 磁性材料及器件. 2000(05)
[8]磁轴承MPW开关功率放大器的研究[J]. 杨作兴,赵雷,赵鸿宾. 电力电子技术. 2000(05)
[9]磁力轴承系统的虚拟设计[J]. 胡业发,郭顺生,盛步云,杨明忠. 中国机械工程. 2000(09)
[10]基于DSP的混合磁悬浮轴承数字控制器的设计与实现[J]. 徐龙祥,朱熀秋,曾学明,刘正埙. 数据采集与处理. 2000(02)
硕士论文
[1]H_∞控制理论在磁悬浮轴承系统中的应用研究[D]. 张金淼.南京航空航天大学 2005
[2]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
本文编号：2925810
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁悬浮轴承-转子机械结构简图
轴向自由度： KAVaz=0.5/(2.18则，五自由度的磁悬浮轴承系统的功率放大器的数学模型为：(,,,,)aararararazG =diagKKKKK(2.192.2.4 控制电路引入的增益本文采用的控制系统的硬件部分引入了一些电压转换环节，由于这些环节也是在控制器之外，从控制理论应用的角度来讲，应当将这些环节考虑到系统模型当中，具体分析如下：由于系统的数据采集是通过 DSP 芯片 TMSLF2407A 来实现的，其 AD 通道的输入电压值为 0V 到 3.3V，该芯片需要采集传感器的输出电压值，所以要将传感器的输出，即 0V 到 5V 的电压范围转换为 0V 到 3.3V，如图 2.5 所示；而控制器的输出经 DAC7625 芯片改造为模拟量，其范围是 0V 到 2.5V，为了配合功率放大器的输入接口电路，需要将其转化为-5V 到 5V，如图 2.6 所示。这些转换电路都引入了增益环节 Kad和 Kda，如下图 2.7 所示：
图 2.6 DA 输出到功放输入的电压转换电路图 2.7 控制器系统引入的增益环节示意图其中： =2/3adK ， =4daK (2.2由自动控制原理，并考虑到 5 路控制器系统，引入的增益的传递函数为：(,,,,)haddaaddaaddaaddaaddaG =diagK KK KK KK KK K(2.2adKdaK控制律K控 制 器 系 统传感器 功放
【参考文献】：
期刊论文
[1]转动惯量测试台磁悬浮系统电磁阻尼的研究[J]. 徐华,刘淑琴,虞烈. 西安交通大学学报. 2001(12)
[2]电磁轴承系统实现自动平衡的一种新方法[J]. 黄晓蔚,唐钟麟. 机械工程学报. 2001(07)
[3]支承飞轮的推力磁轴承设计[J]. 赵艾萍,凌卫青,谢友柏. 航空学报. 2001(04)
[4]H_∞设计:两块还是三块问题[J]. 王广雄,袁欣. 电机与控制学报. 2001(02)
[5]电流响应速度及力响应速度对磁轴承系统性能的影响[J]. 张德魁,赵雷,赵鸿宾. 清华大学学报(自然科学版). 2001(06)
[6]磁悬浮轴承内圆磨床电主轴及其控制[J]. 张德魁,赵雷,赵鸿滨,冷玮,朱永华. 轴承. 2000(11)
[7]径向磁轴承电磁参数的计算[J]. 龙志强,王水泉,杨泉林. 磁性材料及器件. 2000(05)
[8]磁轴承MPW开关功率放大器的研究[J]. 杨作兴,赵雷,赵鸿宾. 电力电子技术. 2000(05)
[9]磁力轴承系统的虚拟设计[J]. 胡业发,郭顺生,盛步云,杨明忠. 中国机械工程. 2000(09)
[10]基于DSP的混合磁悬浮轴承数字控制器的设计与实现[J]. 徐龙祥,朱熀秋,曾学明,刘正埙. 数据采集与处理. 2000(02)
硕士论文
[1]H_∞控制理论在磁悬浮轴承系统中的应用研究[D]. 张金淼.南京航空航天大学 2005
[2]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
本文编号：2925810
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