电磁永磁混合悬浮系统悬浮控制研究

【摘要】：介绍了研制的混合悬浮系统结构。分析和探讨了四点悬浮的实现策略:机械解耦和电气解耦。然后利用等效法,逐步推导出混合悬浮系统的数学模型,仿真计算了不同气隙下混合悬浮系统的悬浮力,其值远大于相应的纯电磁系统的悬浮力。仿真结果证明混合悬浮的确可以节约大量的电磁励磁安匝,从而大大降低悬浮能耗,是一种很有发展前途的悬浮方式。悬浮力测量实验结果验证了模型的正确性,进而推导出混合悬浮系统的相对参考动态模型和绝对参考动态模型。 综述了目前磁悬浮系统悬浮控制的主要方案,介绍了状态反馈控制、滑模控制、最优控制和模糊控制在悬浮控制中的应用,着重论述了针对本文混合悬浮系统的状态反馈控制系统的设计思路。论文给出了应用状态反馈控制的详细实验结果,证明应用状态反馈控制可以实现混合磁极的稳定悬浮,但是系统适应性较差。为了提高悬浮系统的适应性,增强悬浮系统的鲁棒性,将专家控制和模糊控制引入到混合悬浮系统的悬浮控制中,提出了仿人的分层递阶智能控制策略,它包括三层,按照自上而下控制精度逐渐增加,智能程度逐渐减少进行设计。实验表明,本文所提出的仿人分层递阶控制用于混合悬浮系统,在不同工作状况均能获得优秀的控制效果,可以实现快速、稳定、精确悬浮。 为了实现无加速度传感器的优秀悬浮,本文提出一种带有调整因子的模糊控制策略,并且对调整因子进行编码,应用具有全局寻优特点的遗传算法进行优化,遗传算法优化时进行了改进,采用优化后的模糊控制器,系统的响应速度加快,并且具有很高的控制精度,省去了加速度传感器,实现了只需位置传感器的优秀的悬浮控制。虽然本文的无加速度传感器控制只是初步的研究,但是从作者实验室条件获得的实验结果来看,只有位置物理传感器的控制,可以达到较高的控制精度,满足磁悬浮系统的悬浮精度要求。 基于状态反馈控制、仿人分层递阶智能控制和改进模糊控制,进行了混合悬浮动子的正常悬浮实验、动态悬浮的突加负载实验和跨越障碍实验。实验证明:状态反馈控制可以实现动子动态悬浮,但是系统适应能力较差;本文所提出的仿人分层递阶智能控制鲁棒性很强,能适应各种工作状况,是很有发展潜力的控制策略;本文基于改进的模糊控制,实现了无加速度传感器的混合悬浮系统动态悬浮控制,是一种有益的探索,为工程中实现无加速度传感器控制,做了理论和实验的准备。