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电磁轴承PID控制器的参数分析及鲁棒控制器设计

吴昊天  
【摘要】: 本文主要研究了PID控制器对电磁轴承转子系统在共振区的影响,特别是对电磁轴承在这些共振区幅频特性的影响,并且针对外界不确定因素产生的扰动,设计了一种具有鲁棒性的控制器。 对由PID控制器控制的单自由度电磁轴承一转子系统,由于力—电流/位移关系所引起的非线性振动,其运动方程最终可简化为广义的Van der Pol-Duffing方程,通过方程的研究讨论可以得出,当PID控制器参数变化时,系统表现出不同的软硬弹簧特性,而且在主共振区表现出谐振曲线的分离现象。本文根据李亚普诺夫稳定性条件得出了电磁轴承在主共振区的稳定条件,为选择适当的PID控制器参数提供了理论依据。 在3次超谐共振区域和1/3次亚谐共振区中,PID控制器参数变化时,电磁轴承系统也会在这些区域产生类似主共振区的振动特性。本文提出了根据系统的幅频特性来选择适当的PID控制器参数,以避免在这些区域产生共振的方法和措施。 最后针对单自由度的电磁轴承系统,考虑到外界不确定因素产生的干扰,本文根据H_∞理论设计了一种可以抵制外界干扰的鲁棒控制器,并对单自由度电磁轴承控制系统进行了模拟仿真。


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