程广增[1]2008年在《飞轮储能电池磁悬浮轴承控制研究》文中认为磁悬浮轴承具有非线性和开环不稳定性,需要先进的控制系统加以控制。磁悬浮轴承的性能优劣很大程度上取决于其控制系统的性能优劣。通过采用新型先进控制理论来设计控制器以满足磁悬浮轴承系统稳定性、鲁棒性的需求是重要的研究方向,展开磁悬浮轴承控制方法的研究有着非常重要的现实意义。文中首先对飞轮储能系统进行了介绍,对飞轮储能磁悬浮轴承进行了详细的阐述和受力解耦分析。然后设计了单自由度磁悬浮轴承控制实验平台,对其控制部分的位移传感器、功率放大器和执行机构三大部分进行了性能分析与选型。针对单自由度磁悬浮轴承实验平台进行了详细受力分析推导并通过试验测试建立了其数学模型。以此数学模型为基础进行了PID控制算法和滑模变结构控制算法的理论分析与MATLAB系统仿真。通过仿真具体比较以上两种控制方法的性能。仿真结果表明与PID控制理论相比,滑模变结构控制理论具有更良好的稳定性和鲁棒性,且能够在较短的时间内快速达到系统平衡,并对干扰信号具有较强的抑制作用。在理论分析与仿真的基础上,基于TMS320LF2407 DSP芯片设计了数字控制器,通过实验进一步验证控制方法的实际性能。实验结果充分肯定了滑模变结构控制算法的性能优越性。
宦洪才[2]2007年在《主动型磁悬浮轴承滑模变结构控制的研究》文中提出磁悬浮轴承是利用磁场力将转子悬浮于空间,使转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承。它具有无摩擦、无磨损、无污染、低能耗、低噪声以及寿命长等优点,因而在航空航天、真空技术、精密机床、机械工业以及机器人等高科技领域具有广泛的应用前景。本文研究了磁悬浮轴承的变结构控制,主要工作如下:首先,分析了磁轴承系统的结构和工作原理,在平衡点附近建立了单自由度转子的传递函数模型,并在此基础上建立了磁悬浮轴承径向四自由度转子的数学模型。其次,介绍了磁轴承系统关键部件的组成和优化设计,进一步设计和优化了现有的磁轴承系统实验平台,建立起了以PC机为上位机,以TMS320LF2407A型DSP为下位机的主从控制系统。再次,为进一步增强主动磁轴承系统的鲁棒性和稳定性,改善系统的控制品质,本文提出了有效可行的基于组合趋近律的离散滑模变结构控制方案,进行了仿真实验,并与常规PID控制器的仿真结果进行了分析、比较研究。最后,在所建立的磁轴承系统实验平台上进行滑模变结构控制和PID控制实验,实现了磁轴承系统的两端稳定悬浮。通过实验数据的采集、分析和研究,验证了变结构控制更加适合于磁轴承系统的控制。
王磊[3]2017年在《主动磁悬浮轴承滑模变结构控制器的研究》文中指出随着工业的不断进步,传统轴承越来越难以满足高性能、低耗能的要求,这促使人们对新的替代轴承进行探索。主动磁悬浮轴承具有无机械损耗、无摩擦、无需润滑、噪声小、刚性阻尼可调控、理论转速高等诸多优点,逐渐成为了传统轴承的理想替代品。但是,主动磁悬浮轴承系统是一个非线性强、耦合程度高的多输入多输出系统,采用传统的PID控制方法不能很好地满足系统对稳定性和动态特性的要求。因此,本文采用滑模变结构控制策略,对主动磁悬浮轴承的控制器进行了研究。主要工作如下:概述了主动磁悬浮轴承的发展状况和应用前景;研究了主动磁悬浮轴承的基本结构以及工作原理;对单自由度主动磁悬浮轴承系统进行了研究,建立了其数学模型,并依据离散滑模变结构控制理论,构造了相应的控制器,运用MATLAB编写程序,对离散滑模变结构控制器和传统PID控制器的控制效果进行了仿真和比较。在单自由度磁轴承研究的基础上,对五自由度主动磁悬浮轴承系统进行了系统的研究,首先,分析了其运动方程,以此建立了系统的数学模型;针对五自由度主动磁悬浮轴承系统的复杂性,对其进行了解耦研究,设计了一种基于多输入多输出积分滑模变结构控制的控制器,最后通过仿真验证了所研究的控制策略相比于传统PID控制方法具有更加良好的动态性能和鲁棒性。
陈小龙[4]2010年在《混合磁悬浮轴承控制系统的滑膜变结构控制》文中研究表明磁悬浮转子是一种新型、高科技前沿产品。它具有无摩擦、无磨损、无需润滑、无污染、能耗小以及使用寿命长等优点,适用于各种高速或超高速、真空等特殊环境场合。在军事、空间站、核工业、能源、化工、交通等领域具有广泛的应用前景和重要的现实意义。磁力轴承作为目前可应用于工程实际、且能够实施主动控制的支承部件之一,具有一般传统轴承和支承技术所无法比拟的优点,目前已在各个领域的高速旋转机械中开始应用。随着现代旋转机械转速的大幅度提升,支承对转子系统的稳定性、动态特性、旋转精度等影响越来越高。混合磁悬浮轴承控制系统具有非线性和开环不稳定性,需要先进的控制系统加以控制。磁悬浮轴承的性能优劣很大程度上取决于其控制系统的性能优劣。通过采用先进的控制方法来设计控制器以满足磁悬浮轴承系统稳定性和鲁棒性,因此展开磁悬浮轴承控制方法的研究有着非常重要的现实意义。文中首先对混合磁悬浮轴承系统进行了介绍,同时对磁轴承控制系统进行了详细的阐述和受力解耦分析。然后设计了单自由度磁悬浮轴承控制系统,对其控制部分的位移传感器、功率放大器和执行机构三大部分进行了性能分析与选型。针对单自由度磁悬浮轴承进行了详细受力分析,推导并建立了其数学模型。以单自由度磁悬浮轴承控制系统的数学模型为基础,进行了PID控制算法和滑模变结构控制算法的理论分析与MATLAB系统仿真。通过仿真具体比较以上两种控制方法的性能。仿真结果表明与PID控制理论相比,滑模变结构控制理论具有更良好的稳定性,进一步提高了磁悬浮轴承系统的鲁棒性,减小了动态超调量,缩短了系统调节时间,且能够在较短的时间内快速达到系统平衡,并对干扰信号具有较强的抑制作用。在混合型磁悬浮轴承系统中应用滑模变结构控制具有不可比拟的优越性。
秦红玲, 李志雄, 袁松[5]2011年在《磁悬浮轴承系统的模糊滑模变结构控制研究》文中提出研究主动磁悬浮轴承转子位置高性能控制问题。针对主动磁悬浮轴承因受模型摄动与外界干扰等呈现出的复杂非线性导致传统滑模控制抖振严重的问题,为提高系统转子位置控制精度以及鲁棒性,提出用模糊滑模变结构控制来提高磁悬浮轴承系统控制精度与鲁棒性。算法采用等效滑模控制器来准确跟踪磁悬浮轴承转子位置,用模糊控制改善与消除滑模抖振问题。通过对单自由度主动磁悬浮轴承的建模进行仿真测试,结果表明,所设计的模糊滑模控制器能够在外界干扰下有效提高控制系统精度,精确跟踪轴承转子位置,并且控制性能比传统滑模控制好,具有实际应用价值。
柏华堂, 齐蓉[6]2008年在《主动磁悬浮轴承的积分滑模变结构控制》文中指出为解决主动磁悬浮轴承在模型摄动或外界干扰时转子位置出现静态误差大、鲁棒性差等问题,采用多输入多输出积分滑模变结构控制。针对四自由度磁悬浮轴承系统,利用积分滑模变结构控制算法建立仿真模型并进行仿真研究。仿真结果表明,在积分滑模变结构控制下,系统的鲁棒性、静态误差都优于自由递阶滑模变结构控制,而且几乎没有"抖振"发生,表现出了良好的动态特性。
周艳荣[7]2006年在《主动型磁悬浮轴承的设计与控制技术研究》文中研究指明磁悬浮轴承是利用磁场力将转子悬浮于空间，使转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承，具有无摩擦、无磨损、无污染、低能耗、低噪声以及寿命长等优点，因而在航空航天、真空技术、精密机床、机械工业以及机器人等高科技领域具有广泛的应用前景。本文的主要任务是对磁悬浮轴承的优化设计与控制技术进行研究，主要工作如下： 首先，分析磁轴承系统的结构和工作原理，在平衡点附近建立了单自由度转子的传递函数模型，并在此基础上，建立了磁悬浮轴承径向四自由度转子的数学模型。 然后，介绍磁轴承系统关键部件的组成和设计，建立单自由度磁悬浮轴承模拟控制器系统的实验平台，并进行了实验分析研究；以数字信号处理器TMS320LF2407为核心，设计出完整的数控磁轴承软硬件系统，包括变参数PID控制器的设计和仿真研究，并完成了单自由度数控磁轴承系统的实验调试，实现了转子的稳定悬浮：针对数字控制系统的精度问题探讨了改善措施。 其次，为进一步增强主动磁轴承系统的鲁棒性和稳定性，改善系统的控制品质，本文提出了有效可行的滑模变结构控制方案，并进行了仿真实验。另外与常规PID控制器、变参数PID控制器的仿真结果进行了分析比较，研究发现滑模变结构控制器以其独特的控制方法应用在磁轴承系统中具有良好的动态品质和强鲁棒性。本文所研制的数控磁悬浮轴承系统具有结构简单、性能稳定、噪音小、可扩展性强、实时调试方便等特点，并实现了单自由度磁轴承的稳定悬浮，稳态位移误差小于2.2μm。
刘迎澍[8]1999年在《磁悬浮轴承的变结构控制研究》文中提出本文研究了刚性磁悬浮铣削主轴以及柔性转子—磁轴承系统的变结构控制方法,设计开发了基于微机与高速数字信号处理器(DSP)主从控制结构的柔性转子—磁轴承系统主动控制硬件平台,并进行了计算机仿真和实验研究。全文工作取得如下创造性成果:首次将变结构控制策略用于磁悬浮机床主轴的主动控制。考虑切削过程扰动影响,建立了电流控制型磁悬浮主轴系统动力学模型,以磁轴承为控制对象,设计了基于自由递阶切换模式的离散变结构控制器,并进行了仿真研究。结果表明,当趋近律参数选择合适时,采用变结构控制的主轴系统在外扰动作用下具有良好性能,其动态稳定性及对系统自身特性变化的适应能力明显强于PID控制器。此外,变结构控制系统在变切厚情况下的控制效果也明显优于PID控制器。仿真表明,对于再生颤振情况,单纯依靠磁轴承不能有效抑制主轴振动。为此,本文采用辨识颤振频率和主轴转速在线调节的方法,与磁轴承控制相结合抑制主轴振动,取得良好效果。首次提出无传感器磁轴承的变结构控制方案,建立了无传感器磁悬浮主轴系统动力学模型,设计出基于最终滑动模态切换模式的离散变结构控制器。仿真结果表明,采用变结构控制的无传感器磁悬浮主轴系统对于外扰动及系统模型摄动的鲁棒性、以及在变切厚情况下的控制效果均明显强于PID控制器。由于无传感器磁轴承的使用能够降低主轴系统的硬件成本,而且不存在传感器—电磁作动器非并置问题,因此具有广泛的工程应用前景。针对柔性转子—磁轴承系统设计了基于固定切换顺序的变结构控制器,并进行了仿真研究及实验验证。结果表明,变结构控制器对于因模态截断及非并置问题导致的未建模动态以及因系统自身特性变化而导致的参数摄动具有不敏感性,系统在上浮过程、受到外界扰动及复杂运转情况下的性能均优于PID控制器。以上结果表明,本文研究的变结构控制律在转子主动控制领域具有很好的工程应用前景。本文的研究对于发展高速加工技术及丰富柔性转子系统主动控制方法具有重要的理论意义和工程应用价值。
侯勇, 王磊[9]2017年在《5自由度主动磁悬浮轴承的积分滑模变结构控制》文中研究表明针对5自由度主动磁悬浮轴承系统,根据其输出解耦的状态方程,设计了一种多输入多输出积分滑模变结构控制算法。利用MATLAB/Simulink分别对常规PID控制和积分滑模变结构控制进行仿真和比较,结果表明,5自由度主动磁悬浮轴承系统的多输入多输出积分滑模变结构控制方法具有良好的动态性能和鲁棒性。
刘晓军[10]2003年在《基于磨削电主轴的磁悬浮轴承数控系统及试验研究》文中提出本论文对国内外磁轴承控制技术进行了综述，建立了磁轴承控制模型，构造了硬件控制系统，并对磁轴承的控制过程进行了深入分析，实现了五自由度悬浮。理论与实验结合分析了磁轴承系统的动态特性及非线性特性，探讨了滑动模态变结构控制方法。对磁轴承应用于磨削电主轴进行了性能测试。 本文对磁轴承的控制模型进行了理论分析，建立了状态空间模型，提出了为使惯性耦合最小的转子赤道转动惯量与转子质量及前后磁轴承分布应满足的关系。给出了减小陀螺效应耦合的控制流程。 在研究控制模型的同时分析得出了：转子不平衡质量引起的涡动可以通过合理设计刚度使本征频率远离涡动频率而避免共振的发生，在建模时增加静不平衡及动不平衡矩阵也是有利的方法。选择适当大小的平衡位置电流及对磁极电流单独控制可以减小磁耦合。转子偏心可视为内部扰动而利用变结构控制克服。 通过对转子起浮过程的分析，首次提出了电流对称、非对称及分段控制的方法。对转子平衡位置采取分级控制策略提高了系统的刚度及稳定性。 本文研究了磁轴承的控制机理，利用稳定判据及极点配置实现了数字控制五自由度磁轴承全悬浮。分别对磁轴承各自由度单位阶跃响应，脉冲响应及零极点分布作了仿真分析，获得了磁轴承时域及频域特性的具体指标。 理论推导表明传感器存在非线性结构误差，系统参数变化及外部干扰引起的非线性特性在实验中也时有发生，同时本文也利用描述函数法讨论了电磁铁的饱和非线性特性。 本文将磁轴承模型与滑模变结构控制理论相结合，研究了磁轴承滑动模态存在的条件，给出了广义滑模存在的空间范围。论证了磁轴承的滑动模态变结构控制，对磁轴承系统参数及外部干扰产生的摄动具有完全自适应性。在满足滑模存在条件下给出轴向径向变结构等效控制方程及滑模运动微分方程，并作了初步实验探讨。对变结构抖振产生的原因及消弱抖振的方法作了分析。 建立了磁轴承硬件系统及试验台，进行了最大承载力及动态加载实验。
参考文献：
[1]. 飞轮储能电池磁悬浮轴承控制研究[D]. 程广增. 北京交通大学. 2008
[2]. 主动型磁悬浮轴承滑模变结构控制的研究[D]. 宦洪才. 苏州大学. 2007
[3]. 主动磁悬浮轴承滑模变结构控制器的研究[D]. 王磊. 天津科技大学. 2017
[4]. 混合磁悬浮轴承控制系统的滑膜变结构控制[D]. 陈小龙. 东北大学. 2010
[5]. 磁悬浮轴承系统的模糊滑模变结构控制研究[J]. 秦红玲, 李志雄, 袁松. 计算机仿真. 2011
[6]. 主动磁悬浮轴承的积分滑模变结构控制[J]. 柏华堂, 齐蓉. 电工技术学报. 2008
[7]. 主动型磁悬浮轴承的设计与控制技术研究[D]. 周艳荣. 苏州大学. 2006
[8]. 磁悬浮轴承的变结构控制研究[D]. 刘迎澍. 天津大学. 1999
[9]. 5自由度主动磁悬浮轴承的积分滑模变结构控制[J]. 侯勇, 王磊. 轴承. 2017
[10]. 基于磨削电主轴的磁悬浮轴承数控系统及试验研究[D]. 刘晓军. 武汉理工大学. 2003
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