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基于H_∞控制理论的磁悬浮系统控制研究

范素香  
【摘要】:磁悬浮由于无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长、低功耗、无噪声等优点越来越受到重视,磁悬浮性能的好坏主要取决于控制系统,因此,开展磁悬浮控制方法与技术的研究具有重要意义。参数摄动和外干扰引起的不确定性是磁悬浮系统难以解决的棘手问题,传统的控制方法很难满足要:求,H_∞鲁棒控制设计一个结构和参数均不变的控制器使得系统即使在不确定性处于最大界条件下仍然能够保证良好的稳态性能。因此,本文着重研究H_∞控制理论在磁悬浮系统中的应用。 本文首先建立了单自由度磁悬浮系统和径向四自由度磁浮轴承系统的数学模型;在此基础上,利用H_∞控制理论的混合灵敏度方法,根据系统受扰情况选择合适的加权函数,设计出能使该系统稳定且具有良好鲁棒性的H_∞控制器;通过计算机仿真将H_∞控制器和PID控制器的控制效果进行了对比,并分析了各种情况下系统的起浮性能。仿真证明:基于H_∞控制器的单自由度磁悬浮系统和径向四自由度磁浮轴承系统在起动时具有良好的稳定性和鲁棒性,对低频干扰信号具有令人满意的抑制效果,转子可以平稳地上浮,且在较短时间内达到平衡。 本文采用C语言与汇编语言混合编程,编写了控制程序并应用在基于TMS320VC33DSP的磁浮轴承控制系统上。最后在单自由度磁悬浮装置上进行悬浮实验,实验结果表明:基于H_∞控制理论设计的H_∞控制器可以实现系统的稳定悬浮,具有较强的鲁棒性和抗扰能力。


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