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磁力轴承系统的模糊建模与模糊控制研究

陈建华  
【摘要】:主动磁力轴承系统(简称磁力轴承系统)是一种目前备受专家学者关注的新型承载装置。它的轴承结构与传统的滑动轴承和滚动轴承不同,是由绕有线圈的可控电磁铁组成,并且轴承与转子之间没有任何机械接触,电磁力能够把转子悬浮在空中期望的位置。这种结构特殊性,使得该系统具有无接触、无摩擦、无需润滑及寿命长等优点,同时也使得该系统具有本质非线性、不稳定性和参数不确定性,给控制器的设计带来了很大的难度。 磁力轴承系统是开环不稳定的系统,必须在闭环控制器的协助下才能正常工作,控制器对该系统在实践中的成功应用起着至关重要的作用。目前常用的控制器是针对平衡点附近的线性化模型而设计的。在这种控制器的控制下,系统的调节时间和超调量偏大,并且系统能稳定工作的范围比较小。基于此,本论文试图尝试设计一种控制器,改善系统的动态性能,并且能够扩大转子的稳定工作范围。 本文做的第一部分工作是用T-S模糊模型对磁力轴承系统进行建模。通过在转子位移较大和较小范围内分别建T-S模糊模型,然后再把两个模型有机地结合在一起作为系统最终的模糊模型的方式,实现了磁力轴承系统的模糊建模。仿真结果表明所建立的模糊模型能够逼近磁力轴承系统的高度非线性关系,对实际系统的各种真实输入输出数据都能进行很好的拟合。 第二部分工作是在已经建立的T-S模糊模型的基础上,进行基于模糊模型的控制器设计。按照PDC(Parallel Distributed Compensation)控制器设计的原则,针对每个子系统分别设计线性的控制器,然后将每个控制器输出的加权组合作为系统总的控制量,实现了对磁力轴承系统的有效控制。Matlab下的仿真结果表明,所设计的PDC控制器能取得比传统PID控制器更好的控制效果。


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