基于飞轮储能系统的超声悬浮电机轴承径向振动控制

发布时间：2017-08-20 16:01

  本文关键词：基于飞轮储能系统的超声悬浮电机轴承径向振动控制

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【摘要】：超声悬浮轴承是当今电机学中研发的新型结构的电机轴承系统，超声悬浮轴承相比于传统接触式轴承具有运转摩擦力小、转速高、无需润滑等特点，它的这些特点使得它在很多领域可以得到很好的应用。飞轮储能系统的储能量主要取决于电机的转速，转速越高储能越大，所以把超声悬浮轴承应用到飞轮储能系统中可以更好的发挥超声悬浮轴承高转速的特点。 本文主要研究飞轮储能系统中超声悬浮轴承的径向振动控制。首先，建立超声悬浮轴承系统的数学模型，超声悬浮轴承的结构包括超声压电换能器、悬浮轴承以及检测反馈装置三部分。超声悬浮轴承系统的模型建立中涉及到很多声学和力学的运算和定理的推导，文中对整个系统做了适当的简化处理和类比处理。其次，对超声悬浮轴承的径向振动控制方法做了深入研究，包括分数阶PID控制方法的研究和模糊分数阶PID控制方法的研究，在分数阶PID控制方法的研究中，介绍了分数阶PID控制方法的理论基础分数阶微积分，同时通过设计分数阶PID控制器研究了分数阶PID控制器的数字实现方法和参数变化对系统性能的影响，，然后在Matlab中对分数阶PID控制算法进行了仿真研究。模糊分数阶PID控制算法是对分数阶PID控制算法的进一步改进的控制算法，它把模糊控制的方法应用到分数阶PID控制的参数整定中，在模糊分数阶PID控制算法的研究中，主要是介绍了模糊控制的理论，同时把模糊控制算法应用到分数阶PID中，把分数阶控制器中的三个参数K_p，K_i，K_d进行模糊化处理，把模糊控制的方法应用到分数阶PID控制算法中也就是实现分数阶PID控制算法参数的模糊化对于实现控制参数的自整定是很好的方法。最后，结合分数阶PID控制算法和模糊分数阶PID控制算法，通过对两种控制算法的仿真分析对比它们在超声悬浮轴承系统径向振动控制中的控制效果。
【关键词】：飞轮储能系统 超声悬浮轴承 PID控制器 分数阶PID 模糊分数阶PID
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP273;TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-12
• 1.2 超声悬浮技术发展概况12-14
• 1.3 超声悬浮轴承的应用前景14-15
• 1.4 论文内容与章节安排15-17
• 第二章 超声悬浮轴承数学模型建立17-25
• 2.1 超声波压电换能器17-18
• 2.2 悬臂梁压电换能器的建模18-22
• 2.3 换能器对轴承的声辐射力22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 分数阶PI ~λ D~μ控制器设计25-45
• 3.1 分数阶 PI ~λ D~μ控制器理论基础25-28
• 3.1.1 分数阶微积分理论25-26
• 3.1.2 分数阶PI ~λ D~μ控制器结构26-28
• 3.2 分数阶 PI ~λ D~μ控制器的设计28-29
• 3.3 分数阶 PI ~λ D~μ控制器的数字实现29-35
• 3.3.1 z 域数值法29-31
• 3.3.2 时域数值法31-32
• 3.3.3 控制器设计32-35
• 3.4 分数阶 PI ~λ D~μ控制器参数变化对系统性能的影响分析35-44
• 3.4.1 K_p对系统性能的影响36-38
• 3.4.2 K_i对系统性能的影响38-39
• 3.4.3 K-d对系统性能的影响39-41
• 3.4.4 阶次参数变化对系统性能的影响41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 模糊分数阶PI ~λ D~μ控制器设计45-59
• 4.1 模糊控制45-48
• 4.1.1 模糊控制的原理45-47
• 4.1.2 模糊控制器的结构47-48
• 4.2 基于模糊控制理论的分数阶 PI ~λ D~μ控制器设计48-57
• 4.2.1 系统参数模糊化设计49-54
• 4.2.2 模糊分数阶 PI ~λ D~μ控制仿真54-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 全文总结59
• 5.2 研究展望59-61
• 参考文献61-67
• 致谢67

【参考文献】

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本文编号：707520