磁懸浮運動平臺的控制系統(tǒng)研究.pdf

1、磁懸浮支撐由于無摩擦、無磨損、無需潤滑、壽命長、低功耗、無噪音等優(yōu)點越來越受到重視。磁懸浮平臺系統(tǒng)是一個具有強耦合、非線性特性的系統(tǒng)，其承載特性主要取決于平臺的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制系統(tǒng)。因此，開展磁懸浮平臺各種耦合關(guān)系、承載特性和控制器的研究具有極其重要的意義。 本文利用拉格朗日方程建立了五自由度磁懸浮平臺系統(tǒng)的動力學模型，并分析了系統(tǒng)的各種耦合特性、建模誤差及承載特性。在此基礎(chǔ)上文中采取兩種控制策略實現(xiàn)磁懸浮平臺系統(tǒng)的控制：分散控制

2、和集中控制。 采用分散控制時，首先基于PID控制器建立了系統(tǒng)完整的機電耦合動力學模型，并對系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性進行了研究，得到了平臺穩(wěn)定懸浮時PID控制器的三個控制參數(shù)K<,p>、K<,i>、K<,d>的選擇范圍，通過分析PID參數(shù)與系統(tǒng)剛度阻尼的關(guān)系，最終確定了這三個控制參數(shù)；然后結(jié)合模糊控制的優(yōu)點，設計了具有良好魯棒性的模糊PID控制器。仿真結(jié)果表明，基于模糊PID控制器的分散控制策略能實現(xiàn)磁懸浮平臺的穩(wěn)定懸浮，但系統(tǒng)動態(tài)性能欠

3、佳。 采用集中控制時，針對系統(tǒng)的強耦合特性，首先采用了線性狀態(tài)反饋解耦控制，仿真結(jié)果表明，該控制器能使系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)特性，但存在實時計算量大、控制器設計復雜、過度依賴數(shù)學模型的精確性等缺點。因此，論文針對平臺的結(jié)構(gòu)特點提出一種新的解耦控制方法，即矩陣變換解耦控制，使用輸入輸出的坐標變換實現(xiàn)系統(tǒng)運動空間上的解耦，將磁懸浮平臺這一MIMO系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為5個SISO系統(tǒng)，控制器設計簡單、實用，仿真結(jié)果表明平臺能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定懸浮，動、