吴黎明[1]2004年在《静电悬浮系统离散滑模控制的研究》文中认为静电悬浮是依靠可控的静电力将悬浮体无接触、无摩擦地支承起来，其显着特点是既适用于导体和非导体的悬浮，又适用于磁性体和非磁性体的悬浮，克服了磁悬浮技术仅适用于磁性体的局限性。静电陀螺是静电悬浮技术的重要应用，它是当今国际上公认的高精度自主式惯性导航仪表。由于静电陀螺悬浮系统存在系统参数变化和外部扰动的影响，因此悬浮控制系统的设计就成为静电陀螺的关键技术之一。通常的线性控制方法鲁棒性较差，难以满足高性能悬浮系统的指标要求，而离散滑模控制具有很强的鲁棒性，对系统参数变化和外部扰动具有很强的抑制能力，因而很适合用于设计静电陀螺悬浮控制系统。 本文将离散滑模控制理论应用于静电陀螺悬浮系统，根据陀螺转子静电力方程以及各环节特性(包括高压放大器、测量环节和数字控制器的滞后环节)，建立考虑系统参数变化的广义被控对象离散状态空间表达式。在离散域设计线性扰动观测器，进行前馈补偿，抵消一部分或全部扰动力，然后设计离散滑模观测器，使得状态误差在存在外部扰动和系统参数变化的情况下，可以在有限拍内收敛到零，提高观测器鲁棒性。在离散域设计积分型离散滑模控制器，首先采用极点配置法设计带有积分项的线性控制项，然后设计不连续控制项和带有边界层的扰动控制项。为了便于控制算法之间的比较，设计了静电悬浮系统的滞后—超前校正和线性状态反馈控制。 采用MATLAB SIMULINK实现以上控制算法，然后从时域、频域和鲁棒性等方面比较各种控制算法的性能。与滞后—超前校正相比，采用离散滑模控制时，阶跃响应的超调量降低40％，调整时间缩短60％；对于外部的振动和过载冲击，陀螺转子偏移量分别减小80％和87％：闭环带宽仍位于600Hz～800Hz之间，闭环谐振峰降低6.32dB，而且在高频段具有更大衰减率；刚度曲线在低频段提高了一个数量级，在中频段刚度曲线最低点的刚度值提高2.85倍；抑制系统参数变化和外部扰动的能力显着增强，充分体现了滑模控制的强鲁棒性。 采用DSP仿真系统进行电模拟实验，将控制算法编制成汇编语言，经调试通过后，在DSP仿真系统上运行，比较各种算法性能，进一步验证离散滑模控制的鲁棒性。 将滑模控制理论应用于静电陀螺悬浮控制系统可以极大地提高悬浮系统的鲁棒性，对于静电陀螺长时间稳定工作具有重要意义。
吴黎明, 韩丰田, 侯伯杰[2]2004年在《静电悬浮系统的离散滑模控制》文中认为静电悬浮系统的离散滑模控制@吴黎明$郑州大学机械工程学院!河南郑州450002@韩丰田$郑州大学机械工程学院!河南郑州450002@侯伯杰$郑州大学机械工程学院!河南郑州450002
卢剑波[3]2017年在《直线电磁驱动结构优化及其悬浮控制技术研究与应用》文中研究说明直线电磁驱动技术是一种采用无接触的电磁悬浮、导向的驱动系统,应用在结构振动方面,用于抵抗地震作用。陀螺仪又具有定轴性和进动性,广泛应用于维持物体的平衡稳定。本文结合陀螺仪与直线电磁驱动技术设计了一种直线电磁驱动陀螺稳定系统,研究了直线电磁驱动结构及该部分结构的悬浮控制。论文的重点包括直线电磁驱动结构方案的选择、结构参数仿真优化、直线电磁驱动结构建模及悬浮建模和仿真。第一章综合分析了陀螺仪的种类与应用及国内外在陀螺仪结构设计、动态特性、动力学、敏感度等方面进行的研究,从安全性和稳定性出发,提出了本文的研究内容。第二章分析了直线电磁驱动AMD的驱动原理与应用、直线电磁驱动陀螺稳定系统的结构以及直线电磁驱动结构方案的选择。建立了叁种不同的叁维绕线模型,用磁仿真MAXWELL有限元软件对叁种不同的方案进行了控制变量的叁维结构的仿真,通过比较磁场大小、均匀性、磁力线走向以及x、y方向的力等指标来确定方案一为优化对象。第叁章对上一章选定的直线电磁驱动结构方案一进行了结构参数的仿真优化分析。建立方案一结构的二维模型,从铁芯齿厚(齿槽、齿芯宽)、励磁线圈截面积和位置、质量块厚度、悬浮间隙等因素对该结构进行仿真,通过比较磁场大小、均匀性、磁力线走向、质量块动态变化中的受力情况作出最优参数选择,仿真结果表明当铁芯齿厚为20mm,线圈截面上移增大,截面面积为8mm×20mm,AMD质量块厚度为20mm,悬浮间隙为15mm时,各项指标综合效果最好,以此作为直线电磁驱动的结构参数。第四章对直线电磁驱动悬浮结构进行动力学建模与悬浮控制建模。对直线电磁驱动悬浮结构进行受力分析获得动力学方程,并结合通电电磁线圈的电压回路方程对非线性系统进行线性化处理,用传统PID方法、基于直线反馈的极点配置设计方法和滑模控制理论进行了控制技术的设计,获得了各方法的状态方程并进行系统框图建模。第五章分析SIMULINK仿真软件的作用,对建立的悬浮控制系统用SIMULINK工具进行了悬浮控制的结果仿真。根据设计方法选择合适的k1、k2、k3和t1、t2、t3等参数,得出了悬浮间隙的输出波形图,获得了相关方法的间隙变化范围分别为h<0.6mm、-0.05mm 谢虎[4]2015年在《夹层结构磁悬浮纳米定位平台结构设计与控制方法研究》文中研究指明伴随着传统制造产业向纳米制造产业的发展,为了满足各种纳米制造的实验要求,同时适应微纳米器件的组装及测量、微纳米级机电系统的研究和应用,以及光纤对接、半导体检测、纳米叁坐标测量机对于基础平台的研究需求,迫切地需要一种可用于纳米加工、组装、测量及大规模生产的大行程高精度纳米制造平台。本文研究的基于Halbach永磁阵列和平面线圈的双层驱动、夹层结构共平面的大行程磁悬浮纳米精度二维定位平台,实现大行程二维运动,利用纳米精度激光干涉仪检测运动精度并构成控制回路,搭载涡流阻尼系统改善控制品质,采用平面线圈优化垂直方向的位置精度,使用非线性控制理论对XY方向进行解耦控制。全文主要研究内容如下:(1)系统结构设计研究在精密运动及测量系统中,机械结构对系统精度的影响占据大部分比例。为了满足大行程纳米定位要求,需要对系统机械结构分析和优化。因此,本文研究的大行程磁悬浮纳米精度二维定位平台采用双层驱动、夹层结构形式的电磁系统,X、Y方向的驱动共同作用于移动平台上,构成共平面结构消除阿贝误差带来的影响,将运动平台拆分为移动平台+工作平台,细化平台功能,减小平台体积,对称结构的移动平台与工作平台采用柔性支撑连接,克服工作状态下平台热分布不均匀的缺点,保证系统纳米定位精度的获得。(2)磁悬浮定位平台驱动方式及电磁研究本文采用基于Halbach永磁阵列和平面线圈的永磁直线电机双层驱动方式,平台上层同方向的1组2个吸力型直线电机和平台下层另一方向的1组2个斥力型直线电机共同作用,悬浮定位平台并驱动其实现非接触、无摩擦和磨损的运动。为了使绕组线圈的几何精度误差不影响定位系统在垂直方向的精度,要求线圈平面具有很高的平面度,而传统环形线圈的制作工艺使其无法达到较高的几何精度。本文提出采用平面线圈构建直线电机定子绕组,研究平面线圈的设计理论,对平面线圈的可加工性、多层线圈的可行性、回流线设计以及加工制作工艺进行研究和实验,实现线圈高平面度精度,进而建立平面线圈的设计理论。此外,分析线圈结构、电磁场分布、驱动电流、热量产生等关系,优化线圈参数,根据驱动能力要求,分析磁阵列及线圈的数量及配置,建立垂直悬浮力和水平驱动力方程并进行有限元分析,对电磁系统的各项参数进行优化设计,确定最佳工作点。(3)永磁涡流阻尼器研究针对大行程磁悬浮纳米精度二维定位平台基本属于无阻尼系统,阻尼比小、系统控制困难,本文提出在磁悬浮定位平台系统中搭载非接触式永磁涡流阻尼器,提升系统控制品质,增加系统控制稳定性。在分析几种阻尼装置优缺点的基础上,确定采用钕铁硼永磁体研究设计涡流阻尼器,利用解析法和有限元法进行研究分析,并提出将永磁涡流阻尼器看成系统的未建模干扰项,以简化系统控制。(4)控制系统研究磁悬浮系统为非线性强耦合系统,其非线性和耦合性又交互影响,针对本文提出的全新双层驱动、夹层结构电磁系统,采用非线性控制理论,研究磁悬浮系统的非线性解耦控制,分别进行基于泰勒展开式的近似线性化和基于微分几何的精确线性化研究,给出反馈线性化控制律的离散化处理方法,指出基于微分几何的精确线性化方法和空间矢量控制方法的关系。精确反馈线性化结合现代控制理论及方法,实现精确解耦控制。构建基于双DSP+FPGA的磁悬浮定位平台控制系统,将微分几何精确线性化方法分别与PID控制和滑膜变结构控制相结合用于位置环控制,并进行研究。通过对磁悬浮定位平台结构、电磁关系及控制系统的研究,初步实现了预期目标,证明了本文研究的夹层结构磁悬浮纳米定位平台可行性。 李振杰[5]2005年在《静电悬浮轴承转子不平衡振动控制方法的研究》文中认为球形转子是静电陀螺仪的核心部件,其质量不平衡将引起与转子同频的振动,开展抑制球形转子不平衡振动的研究是研制高精度静电陀螺的关键。本文提出了采用陷波滤波器来抑制转子振动的方法,文中重点阐述了陷波器参数的选取方法,并研究了引入陷波滤波器后陀螺支承系统的闭环稳定性、动态刚度和动态响应的变化,其主要内容和成果包括: 推导出了描述偏心转子的球心位移、静电干扰力与静电支承系统频率特性之间关系的数学模型。理论分析表明,系统主动刚度的变化会影响转子的球心位移和静电干扰力。进一步分析显示,陷波器能够改变系统的主动刚度,在其中心频率附近,主动刚度会降至零,转子旋转轴迹点位于质心附近,球心位移和静电干扰力都会减小。对于反馈线性化后的系统,转子旋转轴迹点则完全和质心重合,转子绕惯性主轴旋转,静电干扰力降至零。 分别研究了传统陷波器和通用陷波器的特性及其参数的确定方法,通过仿真与实验比较了二者对陀螺支承系统的影响。结果显示,当传统陷波器的中心频率大于系统的剪切频率时,支承系统的稳定性不被破坏,因此其中心频率的选择受到系统参数的限制;而通用陷波器通过T矩阵,可以灵活调整零极点的分布,因此易于保证系统稳定性,陷波器的参数选取不受支承系统特性的限制。 为了在DSP上实现给出的陷波器算法,需要将连续域中设计的陷波器离散化。本文讨论了离散化时需重点考虑的两个问题:采样周期的选取和频率畸变。综合各方因素,最终选定采样周期为40μs,并给出了基于matlab函数进行频率预畸变的离散化方法。 电模拟实验表明,引入陷波器后,系统闭环带宽和谐振峰基本没有改变,而系统的动态刚度在中心频率附近有显着变化,对于低带宽系统,动态刚度在中心频率附近提高了,而对于高带宽系统,动态刚度在靠近中心频率左侧下降,在右侧上升;系统的动态响应表现出“蠕形”现象,“蠕形”的幅值与陷波器衰减系数和方波激励信号的频率有关。减小衰减系数,“蠕形”幅值就可以减小;当转子频率是方波激励频率的偶数倍时,“蠕形”幅度最小,当奇数倍时,“蠕形”幅度最大。 计算结果表明,加入陷波器后使得转子径向不平衡振动引起的静电干扰力 王太飞[6]2018年在《基于迟滞逆补偿的硅基反铁电桥式微镜的滑模控制研究》文中研究表明激光通信在传输信息方面有着传输速度快、信息量大的优点,这使得激光通信在空间通信领域占据了重要地位。在现有的国内外激光通信中,光束偏转微构件都存在响应慢、体积大、功耗高、控制方法复杂且精度不高等问题,为此论文对一种基于(Pb,La)(Zr,Ti)O_3(简称PLZT)硅基反铁电材料的场致应变效应进行了研究,提出了一种基于PLZT反铁电桥式结构的光束偏转微镜构件,并对反铁电桥式微镜进行了设计和控制研究。首先通过ANSYS Workbench有限元仿真软件对不同结构参数(长度、宽度、厚度)的PLZT反铁电桥式微镜进行了挠度和应力分析,验证了反铁电桥式微镜在外电场驱动下挠度、应力变化与电压、结构参数之间的关系。通过正交试验进行结构优化,得到了使得在微镜构件疲劳特性范围内中心位移达到最大的结构尺寸,即长5000μm、宽200μm、厚10μm。其次通过对PLZT反铁电材料迟滞非线性的研究,建立了离散化的Preisach模型。在此基础上,针对离散化Preisach模型不具有擦除特性的缺点,提出了利用随机森林算法进行非线性拟合,导出了具有严格擦除特性的离散化Preisach改进模型。最后基于随机森林改进模型的逆模型,建立了迟滞逆补偿控制和复合控制两种方案。仿真结果表明,基于迟滞逆补偿和自适应滑模控制的复合控制能够将绝对误差控制在0.2μm(角度0.08mrad)以下,可将相对误差控制在1.05%以下。期望输入与实际输出呈很好的线性关系,相关系数R~2=0.9996,能够满足在光束偏转技术中PLZT反铁电桥式微镜的精跟踪控制要求。综上所述,论文从理论基础上验证了所提出的PLZT反铁电桥式微镜能够实现光束偏转精跟踪控制,并设计了迟滞逆补偿与自适应滑模控制结合的复合控制提高跟踪控制精度,这些都为激光通信系统中微体积、快速响应、高精度跟踪控制光束偏转微构件的设计和开发提供了理论依据。 翟林林[7]2015年在《静电除尘用大功率高频高压电源设计与实现》文中指出静电除尘器作为环保产业的重要设备,其在粉尘回收方面有着重要的作用。本文针对目前普遍使用的除尘工频电源体积大、效率低等缺点,结合江苏省科技支撑计划项目设计并研制了一种新型的高频高压大功率静电除尘电源。主要研究内容如下:首先,从工程应用出发给出了高频高压静电除尘电源的硬件电路设计方案。硬件系统分为两部分:主电路和控制电路。主电路的设计从模块参数的计算、模块的选型入手,分别设计了整流滤波电路、逆变电路、驱动电路和升压整流电路等。根据高频除尘电源的设计要求设计了相应的以TMS320F2812 DSP为核心的控制电路,从参数计算、器件选择和电路结构设计等方面对控制电路设计进行阐述。控制电路主要包括DSP控制核心电路、模拟量采集调理电路和数字量调理电路等。其次,根据高频静电除尘电源系统的设计要求,设计了系统控制软件,包括下位机控制程序和上位机系统的设计。下位机控制程序设计主要包括系统的主程序设计流程、脉冲产生机制、故障检测和处理方法、电源保护机制、火花检测与处理方法等。此外给出了上位机人机交互界面的设计方法。再次,以高频静电除尘电源系统为控制对象,设计了一种新颖的模糊滑模控制器。分析串并联谐振电路的工作状态,给出了系统的平均大信号动态模型,在此基础上设计了系统的滑模控制器,通过模糊控制对滑模控制参数进行调整,得到模糊滑模控制器,对系统实现闭环控制。MATLAB仿真实验验证了所设计控制器的有效性。最后,对设计好的电源进行厂内和现场试验验证。厂内试验包括阻性负载试验和阻容性负载试验。给出了关键信号的波形,并进行了结果的分析说明。现场试验给出了具体流程和试验波形。试验结果表明,所设计的高频高压大功率静电除尘电源能够可靠稳定运行,性能优良,达到了预期设计要求。 [1]. 静电悬浮系统离散滑模控制的研究[D]. 吴黎明. 郑州大学. 2004 [2]. 静电悬浮系统的离散滑模控制[J]. 吴黎明, 韩丰田, 侯伯杰. 郑州大学学报(工学版). 2004 [3]. 直线电磁驱动结构优化及其悬浮控制技术研究与应用[D]. 卢剑波. 浙江大学. 2017 [4]. 夹层结构磁悬浮纳米定位平台结构设计与控制方法研究[D]. 谢虎. 北京理工大学. 2015 [5]. 静电悬浮轴承转子不平衡振动控制方法的研究[D]. 李振杰. 郑州大学. 2005 [6]. 基于迟滞逆补偿的硅基反铁电桥式微镜的滑模控制研究[D]. 王太飞. 中北大学. 2018 [7]. 静电除尘用大功率高频高压电源设计与实现[D]. 翟林林. 江苏科技大学. 2015 标签：自动化技术论文; 陷波器论文; 滑模控制论文; 仿真软件论文; 磁悬浮技术论文; 定位设计论文; 刚度系数论文; 磁悬浮轴承论文; 滑模论文; 定位精度论文; 离散制造论文; 直线方程论文; 静电作用论文; 参考文献：