磁悬浮寻北仪系统的自适应控制

【摘要】： 在人类的生产和生活实践中,地理方位信息是必不可少的,因此方位指示仪器的研究意义十分重大。千百年来,人们为研究定位与定向技术进行了不懈的努力。惯性技术和计算机控制技术的出现及其应用,为研制自主的、精密的方向指示仪器—惯性寻北系统提供了可能。 作为一种精密惯性仪表,寻北仪的定向精度在很大程度上取决于它所采用的陀螺的精度。在本文中我们研究的这种磁悬浮陀螺寻北仪,就是通过采用自适应控制方法,利用磁悬浮技术实现对单自由度陀螺框架轴的无摩擦悬浮,旨在得到更高的寻北精度,同时提高定向速度。 本文分别从机械和电控两方面详细介绍了磁悬浮寻北仪系统的各部分结构、功能和磁悬浮轴承的控制原理。并在研究磁轴承简化物理模型和分析电磁轴承工作原理的基础上,推导了电磁轴承的电磁力计算公式,得出磁轴承的单自由度传递函数,分析了转子低速运行时的特性得出了系统传递函数。 由于磁悬浮系统具有开环不稳定和强烈非线性的特点,使得对磁悬浮寻北仪控制方法的研究成为重要的一环,其控制器性能的好坏直接影响到磁悬浮寻北仪的动态性能等特性。自适应控制因其计算量较小、鲁棒性较强,适合于非最小相位系统等特点而成为磁悬浮控制系统的理想选择。因此,本文采用自适应控制方法实现对磁悬浮系统的数字控制,并针对闭环系统,分别采用普通PID控制方法和极点配置自适应PID控制方法对系统进行了仿真实验。结果表明在磁悬浮寻北仪系统的控制过程中,极点配置自适应PID控制方法明显优于普通PID控制方法,该控制器在稳定性及抗干扰性等方面均达到了系统设计的要求,从而完成了系统设计的任务。