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混合磁悬浮系统鲁棒控制器的研究

张俊  
【摘要】:磁浮列车作为一种新型的非接触式地面轨道交通运输工具,已经在实践中得到了成功的应用。由于传统EMS(Electro Magnetic System)磁悬浮系统悬浮气隙小,而传统EDS(Electro Dynamic System)磁悬浮系统会产生相当大的磁污染,人们开始研究混合悬浮系统,本文主要研究高温超导线圈和常导线圈构成的混合EMS悬浮系统。 由于悬浮系统本生固有的非线性和开环不稳定性,需要通过控制器对其进行稳定性控制。传统的悬浮控制器的设计大都是建立在将非线性系统在平衡点附近进行局部线性化基础上,当扰动过大而引起系统偏离平衡点过大时,可能导致控制器的迅速恶化,影响系统的稳定。本文研究的混合EMS悬浮系统在节省能量增大气隙方面表现出很大的优势,但其控制的难度和复杂性却相应的增加了。针对这种混合EMS悬浮系统,尝试采用非线性的控制策略以提高整个系统的抗干扰能力。基于耗散理论的非线性鲁棒控制器,可以使得系统即使在不确定性处于最大条件下仍能保持良好的稳定性能。本文着重研究非线性H_∞控制理论在高温超导线圈与常导线圈构成的混合EMS悬浮系统中的应用。 本论文设计了适用于高温超导线圈和常导线圈构成的混合EMS悬浮系统鲁棒控制器。设计过程中,首先建立了混合单磁铁动力模型,对其非线性特点进行分析,利用非线性系统鲁棒控制理论,经过分析和计算设计出H_∞控制器并进行仿真验证;然后设计了四象限斩波器及基于DSP的控制器硬件系统,并完成了控制器的软件设计和调试。实验结果表明,所设计的数字控制器可以实现混合系统的稳定悬浮并具有良好的抗干扰能力。


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