【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁悬浮
,具体涉及一种基于非线性观测的磁悬浮系统跟踪控制方法。
技术介绍
目前,磁悬浮作为一种新型技术得到了广泛的关注,并应用于众多领域,如磁悬浮列车、磁悬浮轴承、高速磁悬浮电机等。与常规技术相比,磁悬浮技术优点显著,如在机械运动的应用中,它具有功耗低、噪音小、污染少等特点,不仅能延长机械设备使用寿命,还能应用在真空,高温等特殊环境中。在对磁悬浮系统实施控制时,通常采用PID等经典控制算法。该类方法原理简单并且易于实现,但在被控对象的周边环境发生变化时,则需要对算法参数进行重新整定,带来额外的耗时与不便。为弥补PID算法的不足,另一类复杂算法,如鲁棒控制、智能控制及非线性控制等被尝试运用于磁悬浮领域。此类算法虽解决了控制系统的鲁棒性与适应性问题,但由于其对模型精准度要求高,而磁悬浮系统在实际运用中存在多种扰动和模型误差,因此这类方法在磁悬浮系统的控制中实现起来困难重重。
技术实现思路
本专利技术所要解决上述现有技术的不足,提供一种基于非线性观测的磁悬浮系统跟踪控制方法,该方法可以消除被控对象的外部扰动和模型误差影响,不仅能镇定磁悬浮系统,还能在此基础上让被控对象的某一指定状态量按给定信号变化,从而实现信号跟踪的目的。本专利技术为解决上述技术问题提供了如下解决方案:本专利技术设计了一种基于非线性观测的磁悬浮系统跟踪控制方法。其中,磁悬浮系统包括伺服控制系统和被控对象;被控对象包括激光位移传感器、功率放大器、电磁铁及小钢球。伺服控制系统包括伺服控制器和非线性观测器,其工作原理如下:通过求解线性矩阵方程组,构造伺服控制器来镇定被控对象和实现对磁 ...
【技术保护点】
基于非线性观测的磁悬浮系统跟踪控制方法,包括以下步骤:1)、获取所述被控对象中磁悬浮系统的运动微分方程组,并将其进行线性化处理后,得到被控对象的状态空间方程;具体包括:(1.1)所述被控对象中磁悬浮系统的运动微分方程组如下:mx··=F(i,x)+mgF(i,x)=-μ0AN24(ix)2mg+F(i0,x0)=0U=Ri+Li·---(1)]]>其中,x为钢球的位移,i为电磁铁的控制电流,x0为钢球处于平衡状态时的位移,i0为钢球处于平衡状态时电磁铁的控制电流,m为钢球的质量,g为重力加速度,F(i,x)为电磁力,μ0为空气磁导率,A为电磁铁中铁芯的导磁截面积,N为电磁铁的线圈匝数,U为电磁铁的电压,R为电磁铁的线圈电阻,L为电磁铁的静态电感;(1.2)由于磁悬浮系统中电磁力F(i,x)和电磁铁的控制电流i、钢球到电磁铁表面的空气间隙之间存在着较复杂的非线性关系,若要用一种基于非线性观测的磁悬浮系统跟踪控制方法,必须对磁悬浮系统中的非线性部分进行线性化处理;由于磁悬浮系统有一定的控制范围,所以对磁悬浮系统进行线性化处理 ...
【技术特征摘要】
1.基于非线性观测的磁悬浮系统跟踪控制方法,包括以下步骤:1)、获取所述被控对象中磁悬浮系统的运动微分方程组,并将其进行线性化处理后,得到被控对象的状态空间方程;具体包括:(1.1)所述被控对象中磁悬浮系统的运动微分方程组如下: m x ·· = F ( i , x ) + m g F ( i , x ) = - μ 0 AN 2 4 ( i x ) 2 m g + F ( i 0 , x 0 ) = 0 U = R i + L i · - - - ( 1 ) ]]>其中,x为钢球的位移,i为电磁铁的控制电流,x0为钢球处于平衡状态时的位移,i0为钢球处于平衡状态时电磁铁的控制电流,m为钢球的质量,g为重力加速度,F(i,x)为电磁力,μ0为空气磁导率,A为电磁铁中铁芯的导磁截面积,N为电磁铁的线圈匝数,U为电磁铁的电压,R为电磁铁的线圈电阻,L为电磁铁的静态电感;(1.2)由于磁悬浮系统中电磁力F(i,x)和电磁铁的控制电流i、钢球到电磁铁表面的空气间隙之间存在着较复杂的非线性关系,若要用一种基于非线性观测的磁悬浮系统跟踪控制方法,必须对磁悬浮系统中的非线性部分进行线性化处理;由于磁悬浮系统有一定的控制范围,所以对磁悬浮系统进行线性化处理是可行的;磁悬浮系统中电磁力F(i,x)经过线性化处理后如下:F(i,x)=F(i0,x0)+Fi(i0,x0)(i-i0)+Fx(i0,x0)(x-x0) (2)其中,Fi(i0,x0)为磁悬浮系统中电磁力F(i,x)对电磁铁中控制电流i的偏导数,Fx(i,x)为磁悬浮系统中电磁力F(i,x)对被控对象中钢球位移x的偏导数;通过式(1)和式(2),可得被控对象中磁悬浮系统的运动微分方程如下: m x ·· = 2 Ki 0 x 0 2 i - 2 Ki 0 2 x 0 3 x - - - ( 3 ) ]]>其中,(1.3)通过式(3),可以得到被控对象的状态空间方程如下: x · = A g x + B u u + B f f y = C x - - - ( 4 ) ]]>其中,x为所述被控对象的状态量即小钢球的位移和速度,u为被控对象的控制增益,f为被控对象的外部扰动和模型误差,y为被控对象的系统输出,Ag为被控对象的动态矩阵,Bu为被控对象的输入矩阵,C为被控对象的输出矩阵,Bf为被控对象外部扰动和模型误差的常数矩阵;2)、在所述伺服控制系统中构造一个非线性观测器,将其用来抵消外部干扰及模型误差的影响;具体包括:(2.1)伺服控制系统中的非线性观测器如下: e = z 1 - y z · 1 = z 2 - 3 ω e z · 2 = z 3 - 3 ω 2 e + b u u z · 3 = - ω 2 e - - - ( 5 ) ]]>其中,e为非线性观测器的输出误差,z1为非线性观测器对被控对象中钢球位移的估计量,z2为非线性观测器对被控对象中钢球速度的估计量,z3为非线性观测器对被控对象的外部扰动和模型误差f的估计量,ω为非线性观测器的系统控制带宽,bu为被控对象的已知系统参数,y为被控对象的系统输出;(2.2)通过非线性观测器将被控对象的外部扰动和模型误差进行估计,并通过引入干扰补偿增益Kd将其消除,其中: K d = - B u T B ...
【专利技术属性】
技术研发人员:冯宇,黄延昱,凌荣耀,张鋆豪,
申请(专利权)人:浙江工业大学,
类型:发明
国别省市:浙江;33
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