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磁悬浮系统的变结构控制研究

方燕  
【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,而变结构控制方法具有快速响应及对系统参数摄动和外部干扰的不变性等特性受到各国学者的重视。因此本文着重研究变结构控制理论在磁悬浮系统中的应用。 本文分析了磁悬浮系统的构成和工作原理,指出系统具有不稳定和非线性特点。由于传统控制大都是将该系统在平衡点附近局部线性化,当干扰过大使得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。因此本文中利用奇异摄动法推导出了磁悬浮系统的非线性控制系统模型。 虽然变结构控制方法具有快速性、鲁棒性和实现简单等优点,但都是以控制量的高频抖振换取的,抖振不仅影响控制的精度,增加能量消耗,而且这样的高频输入很容易激发系统的未建模特性,从而破坏系统的性能。因此本文采用积分滑模面设计切换函数,将自适应控制与滑模控制结合起来,采用自适应策略来估计不确定系统的参数,根据估计的参数值和滑模运动条件来设计控制的输入。通过仿真结果可知,该算法减小了不确定性,具有较小的控制增益,在不影响稳态性能的条件下能够有效地削弱系统的抖振,保证被控系统的运动状态能跟踪理想的运动轨迹,提高了平滑控制律对未知动态特性的鲁棒性。


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