【技术实现步骤摘要】
基于新型扩张状态观测器的磁悬浮系统自抗扰控制方法
本专利技术属于磁悬浮控制
,具体涉及一种基于新型扩张状态观测器的磁悬浮系统自抗扰控制方法。
技术介绍
电磁吸力型(Electro-MagneticSuspension,简称EMS)磁悬浮系统实现无接触的支撑,广泛应用于磁悬浮列车、磁悬浮轴承等系统,可以有效避免机械接触摩擦,降低系统损耗,减少振动和噪声,降低维护成本,提高使用寿命。电磁吸力型磁悬浮系统基本原理是在电磁铁线圈中通入电流,产生磁场,同时产生相应的电磁吸力,克服重力和各种扰动,悬浮在期望间隙,其本质是开环不稳定系统,需要施加主动控制实现稳定悬浮。电磁悬浮系统是一个复杂的非线性、时变、耦合、不确定、且扰动复杂的系统,很难建立精确的系统模型,对控制方法设计提出了较高的要求。基于扩张状态观测器(ExtendedStateObserver,简称ESO)的自抗扰控制器(ActiveDisturbanceRejectionController,简称ADRC)不需要系统模型,可以把整个系统包括未知的扰动和不确定部分当做“黑箱”,根据系统输入、输出信息,扩张状态观测器能够观测出系统状态以及未知的“总扰动”(包括系统未建模的动态不确定性、耦合、时变以及其它复杂的扰动),再利用自抗扰控制器消除观测的“总扰动”,实现系统稳定控制。但是,关于扩张状态观测器和自抗扰控制的理论研究还是相对较少,特别是在保证收敛性和稳定性的条件下进行工程应用普遍存在假设条件、收敛条件以及稳定条件复杂且实际系统难以验证,导致参数选择缺乏理论指 ...
【技术保护点】
1.基于新型扩张状态观测器的磁悬浮系统自抗扰控制方法,其特征在于,包括以下步骤:/nS100、选定以EMS磁悬浮系统作为控制对象;/nS200、设计新型扩张状态观测器;/nS300、基于该新型扩张状态观测器设计自抗扰控制器;/nS400、选择合适的新型扩张状态观测器和自抗扰控制器参数保证EMS磁悬浮系统的收敛性和稳定性,达到期望的控制性能,实现自抗扰控制。/n
【技术特征摘要】
1.基于新型扩张状态观测器的磁悬浮系统自抗扰控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100、选定以EMS磁悬浮系统作为控制对象;
S200、设计新型扩张状态观测器;
S300、基于该新型扩张状态观测器设计自抗扰控制器;
S400、选择合适的新型扩张状态观测器和自抗扰控制器参数保证EMS磁悬浮系统的收敛性和稳定性,达到期望的控制性能,实现自抗扰控制。
2.根据权利要求1所述的基于新型扩张状态观测器的磁悬浮系统自抗扰控制方法,其特征在于,所述步骤S100具体表现为:EMS磁悬浮系统采用磁通密度作为系统状态,采用串级控制结构将EMS磁悬浮系统分成间隙外环Σδ和磁通密度内环ΣB两个子系统,Σδ和ΣB的表达式为:
式中,系统状态分别表示悬浮间隙δ、间隙微分和磁通密度B,T表示矩阵转置,系统输入u为电磁铁输入电压,t表示时间,f1(t,x1,x2,z1,w1,u)、f2(t,x1,x2,z1,w1,u)分别表示间隙外环Σδ和磁通密度内环ΣB包含系统结构、时变、状态、输入、扰动、耦合信息的未知的非线性连续系统函数,其中,w=[w1w2]T表示未知的扰动,y=[y1y2]T分别表示间隙外环Σδ的输出间隙δ和磁通密度内环ΣB的输出磁通密度B。
3.根据权利要求2所述的基于新型扩张状态观测器的磁悬浮系统自抗扰控制方法,其特征在于,结合EMS磁悬浮系统总扰动,将间隙外环Σδ和磁通密度内环ΣB两个子系统的表达式通过如下过程调整:
1)、将间隙外环Σδ和磁通密度内环ΣB两个子系统改写成以下形式:
式中,b1是间隙外环Σδ磁通密度B的标称值系数,取S为电磁铁极面积,ms为负载质量,u0为真空磁导率;b2是磁通密度内环ΣB电磁铁输入电压u的标称值系数,取N为电磁铁线圈匝数;
2)、将公式(3)和(4)分别变形为:
fo,1(t,x1,x2,z1,w1,u)=f1(t,x1,x2,z1,w1,u)-b1z1(5)
fo,2(t,x1,x2,z1,w2,u)=f2(t,x1,x2,z1,w2,u)-b2u(6)
式中,fo,1(t,x1,x2,z1,w1,u)为间隙外环Σδ写成公式(5)形式后标称输入以外的部分包含系统结构、时变、状态、输入、扰动、耦合信息的未知的非线性连续系统函数,fo,2(t,x1,x2,z1,w1,u)为磁通密度内环ΣB写成公式(6)形式后标称输入以外的部分包含系统结构、时变、状态、输入、扰动、耦合信息的未知的非线性连续系统函数;
3)、定义间隙外环Σδ和磁通密度内环ΣB包括时变、耦合、不确定性和复杂扰动的总扰动的扩张状态为x3和z2:
式中,fc,1(t,x1,x2,z1,w1,u)为扩张状态x3的导数,fc,2(t,x1,x2,z1,w1,u)为扩张状态z2的导数;
4)、根据公式(3)-(8...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈强,李杰,王连春,余佩倡,周丹峰,杨清,高明,
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学,中车唐山机车车辆有限公司,
类型:发明
国别省市:湖南;43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。