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《浙江大学》 2010年
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钢板磁悬浮系统控制

李奇南  
【摘要】:钢板磁悬浮系统可实现钢板的无接触传输,有望取代传统的接触滚轴支撑,具有广阔的应用前景。由于电磁型磁浮系统是结构不稳定的,使得该系统的悬浮控制技术成为整个磁浮系统的关键和核心之一,得到了国内外的广泛关注与研究。本文研究工作基于四电磁铁支撑钢板磁浮试验平台开展,主要研究内容为: (1)加速度反馈改善系统悬浮品质的研究。 本文利用实测加速度信号实现加速度反馈控制,以提高钢板磁浮系统抑制时变扰动的能力。将应用于刚性悬浮体的加速度反馈控制策略拓展,开展考虑悬浮体谐振效应时,相应加速度控制策略的理论分析和实验研究。 首先,针对实际应用中钢板谐振效应对实施加速度反馈的制约,建立考虑钢板谐振效应的悬浮系统模型,分析谐振效应对悬浮系统闭环稳定性的影响,提出采用加速度陷波器以抑制谐振的控制策略。其次,为快速准确测量钢板谐振频率,简化陷波器实现,采用自适应陷波器实现钢板谐振频率的在线辨识及陷波功能。最后,给出悬浮系统性能指标的选取方法及控制参数的一种设计方法,在一台钢板磁浮装置上验证加速度反馈控制的有效性。 (2)多电磁铁悬浮系统气隙交叉耦合控制。 本文将交叉耦合控制拓展应用到多电磁铁支撑磁浮系统,开展磁浮系统气隙同步协调控制的理论、实验研究,以消除各单电磁铁系统增益参数,动态参数不匹配以及悬浮过程中不确定性扰动对各气隙的影响,改善气隙动态同步性能。 ①以双电磁铁支撑悬浮系统(钢板简化为刚性杆)作为研究出发点,探索适合于磁浮系统应用的交叉耦合控制策略,为四电磁铁悬浮系统气隙交叉耦合控制的研究提供理论基础。分析指出了应用传统交叉耦合控制于双电磁铁支撑钢板磁浮系统的缺陷,提出一种改进的交叉耦合控制策略,引入气隙、速度双重交叉耦合,实现气隙同步协调控制。 ②传统的交叉耦合控制主要面向双轴系统,同步误差只需选取为双轴输出之差。对于多轴系统,同步误差存在多种选取方式,不同的选取方式对各轴协调性能有不同的影响。因此,寻求合适的同步误差选取方式是应用交叉耦合控制的先决条件。对几种可行的方法进行比较,选择一种适合磁浮系统应用的同步误差构成方法。 ③在获取交叉耦合控制律、同步误差选取方式后,需确定系统同步协调控制的实施范围。为实现多电磁铁系统间的优化协调,分别进行局部同步协调和全局同步协调策略的理论研究。最后,在一台钢板磁浮装置上的实验结果验证了本文所提出的气隙动态同步协调控制的有效性。
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