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《沈阳工业大学》 2012年
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高刚度磁悬浮系统的鲁棒控制研究

付殿波  
【摘要】:本文以龙门移动式数控机床的横梁为研究对象,应用磁悬浮技术减少其与导轨之间的摩擦,保证横梁悬浮在静止导轨的上方,实现精加工。本文主要研究的目的是根据横梁的工作原理与保持悬浮气隙高刚度控制过程提出有效的控制方法,以消除或减弱各外部扰动对悬浮刚度的影响,确保横梁悬浮的稳定性和悬浮气隙的精确性。 首先,对龙门移动式数控机床的结构进行了详细的介绍,阐述了悬浮横梁的工作机理,以单磁铁为例建立了系统的数学模型。由于推导出的数学模型为非线性模型,因此选择在平衡点处对其采用局部线性化的方法,从而得到线性的电压控制模型和电流控制模型。 其次,由于在系统建模时线性化后的模型与实际模型之间存在误差,因此选择H_∞混合灵敏度的控制方法设计了H_∞控制器,采用混合灵敏度优化算法折衷系统的抗干扰能力、跟踪能力与鲁棒稳定性三者之间存在的矛盾,设计出良好的H_∞控制器从而提高系统的动态性能。与经典的PID控制方法进行了比较,H_∞鲁棒控制对干扰具有较好的抑制能力,提高了系统的悬浮刚度。 最后,由于系统本身存在负载扰动、参数变化等诸多不确定因数,导致系统的气隙位移发生变化,使得系统的悬浮刚度减弱,为了更进一步提高系统的鲁棒性能和刚度,本文采用递归神经网络H_∞鲁棒控制器。在系统受到参数扰动和外部干扰时,神经网络的鲁棒控制能够较好的控制系统,消除或减弱系统的稳态误差,提高系统的稳定性,使系统达到高精度的要求。 通过Simulink仿真研究表明,在磁悬浮系统的电压模型的基础上,设计了PID控制器和H_∞鲁棒控制器及神经网络的H_∞鲁棒控制器。而与经典控制方法相比较,H_∞鲁棒控制方法使系统有较好的鲁棒性能及抗干扰性能。利用神经网络的H_∞鲁棒控制方法来提高单电磁悬浮系统的悬浮刚度,两种控制方法的有机结合满足了悬浮系统的设计要求。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP273

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