电磁轴承μ鲁棒控制.pdfVIP

第43卷第 1期 机 械 工 程 学 报 Vol.43 No.1 2007年 1月 CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING Jan. 2007 . 一 IIFJ ‘. 一 J.‘ 二 种‘ 一 ~‘d _.* pt}p”从寸山1，、尸不困一’1甲1工 甲li 吕慎刚 蒋书运 (东南大学机械工程学院 南京 210096) 摘要:为解决电磁轴承系统建模不确定性问题，建立径向电磁轴承的鲁棒控制模型。提出以结构奇异值作为优化 指标的p鲁棒控制器设计方法，通过引入虚拟不确定块将电磁轴承控制系统的鲁棒性能问题转化为广义系统的鲁棒 稳定问题求解，兼顾系统的稳定鲁棒性和性能鲁棒性，减小设计的保守性。借助于Matlab仿真工具给出并比较电 磁轴承控制系统不同情况下H，控制和产控制的仿真波形。研究结果表明:在允许摄动范围内基于p综合的电磁轴承 鲁棒控制对模型不确定性具有很好的动态特性、稳定鲁棒性和性能鲁棒性。 关键词:电磁轴承 鲁棒控制 模型不确定性 结构奇异值 N综合 中图分类号:TH133.3 TP273 芯材料磁阻的情况下，控制系统采用差动驱动结构 0 前言 则电磁轴承产生的电磁力为 {。fj0A,N2(Io+ic)2 电磁轴承控制器是电磁轴承的核心技术，其性 I厂1=— } ‘4恢娜)“， (1) 能不仅关系到电磁轴承的稳定悬浮工作，而且决定 }F,一p0A0N(I0-i.)` 轴承系统的刚度和阻尼，影响承载能力、动态性能 l一 4(xo一x)` 等相关指标。PID控制是经典的控制，需要调节的 式中 F— 电磁铁I产生的电磁力 参数少，使用方便，目前在电磁轴承控制中仍占重 要地位[1-31。电磁轴承是具有强烈非线性的控制对 凡— 电磁铁II产生的电磁力 象，系统建模存在参数不确定性和动态不确定性， xo— 轴承名义气隙 使得采用PID控制等依赖于确定性模型的常规方法 x— 转子位移 达不到理想的控制效果，因此有必要设计一个鲁棒 i.— 控制电流分量 性能良好的控制器与系统模型不确定性相适应。H- 1u— 偏磁电流 控制策略的采用在一定程度上提高了控制系统的鲁 il— 电磁铁I线圈中的电流 棒性4(-51，但H-控制是以非结构化不确定性和小增 i2— 电磁铁II线圈中的电流 益定理为设计框架，导致了不必要的保守性，忽略 fro— 铁磁材料的真空磁导率 了鲁棒性能要求，而p控制可以把结构化不确定性直 Ao— 气隙断面面积 接引入到控制器的设计中，以结构奇异值为度量， N— 线圈匝数 兼顾了系统的稳定鲁棒性和性能鲁棒性，减小了设 计的保守性[6-91。本文应用结构奇异值理论，通过引 入虚拟不确定块将性能问题转化为广义系统的鲁棒 稳定问题，并根据电磁轴承控制系统对鲁棒性能的 要求，设计了基于p综合的电磁轴承控制器，仿真结 果表明所设计的控制器对模型不确定性具有良好的 动态性能、稳定鲁棒性和性能鲁棒性。