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平面型磁浮运动平台的悬浮控制研究

陈启会  
【摘要】:微电子加工等超精密制造领域正朝着极小型、极精密型方向发展,要求一种超洁净的高速精密定位平台。磁浮平台综合运用了电磁悬浮技术与直线驱动技术,具有零摩擦、零传动环节等显著特点。 本文以磁悬浮系统为研究对象,设计一种平面型磁浮运动平台及电磁铁参数,主要进行系统的悬浮控制研究。具体的研究内容如下: 1.对磁浮平台进行电磁场与温度场特性分析。通过研究磁力线走向与电磁力特性关系,确定电磁铁的磁极布局方式,找到了平台控制中的薄弱环节;热分析结果表明电磁铁参数设计合理。 2.对磁悬浮系统进行分散控制研究。通过电磁力的优化设计,建立了系统等效单自由度模型,在研究刚度、阻尼与PID控制参数关系的基础上,得到了系统的动态控制参数,并进行仿真分析,最后设计了改进PID控制器。 3.针对磁悬浮系统的耦合特性,分别进行状态反馈解耦控制与坐标变换解耦控制研究。前者,根据约束条件将其中一个平动自由度设计为随动控制器,其余三个平动自由度设计为反馈解耦控制器;后者,通过推导一个动态的坐标变换矩阵对系统进行动态解耦,仿真结果表明后者系统的整体性能更好。 4.控制系统软硬件平台的搭建及实验研究。设计功率放大器与软件控制流程,单自由度悬浮实验结果表明,改进PID控制下系统的鲁棒性更强,验证了控制系统的有效性。


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