磁悬浮轴承的模糊控制算法研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要磁悬浮轴承是一种新颖的支承部件，它是由转子、轴承及位置控制器构成的机电～体化系统。它以无机械接触、无磨损和无需润滑等传统轴承所无法比拟的优点而倍受瞩目。磁悬浮轴承必须在控制系统的协助下才能正常工作，且控制器性能的好坏直接影响到磁悬浮轴承的动态性能和转子的控制精度。本文在分析单自由度磁悬浮轴承的基础上，建立了磁悬浮轴承的简化数学模型，导出了控制系统模型。在分析PID控制器参数对控制系统性能影响的基础上，提出了采用变参数PID控制器对磁悬浮轴承进行控制，给出了控制器参数的整定原则。在MATLAB的SⅡ爪H．玳K环

2、境下构建控制系统模型，用S-function编写变参数PID控制器的参数变化规则模块和磁悬浮轴承的菲线性模型，并进行了动态仿真。根据磁悬浮轴承的控制系统模型，对磁悬浮轴承的数字控制系统进行了实验设计，论述了磁悬浮轴承控制系统中各个组成部分在系统中的作用，并进行了实验研究。分析比较了实验数据。磁悬浮轴承的控制器设计通常是在平衡点附近进行线性化，按照线性理论设计线性控制器。但是由于磁悬浮轴承有本质上的非线性，而传统PID控制器通常不能有效克服被控对象模型参数的大范围变化及其非线性因素的影响。本文首先设计了基本模糊控制器，并用MATLAB进行

3、了仿真研究，为了改善系统的稳态性能，本文提出采用模糊一PID复合控制器，在大偏差范围内采用模糊控制，小偏差范围内采用传统PID控制，并进行了磁悬浮转子起浮特性的仿真，仿真结果表明这种控制策略有利于使磁悬浮转予在大范围内稳定。对于模糊一PID复合控制器的设计，切换点的选择成为影响系统性能的关键。当过早地切换会体现不出模糊控制的优点而使超调量增大，甚至造成积分饱和现象使系统失稳：当过迟切换，如果模糊控制器有较大的静差，则有可能根本无法进入PID控制。文中对切换点的选择进行了分析和仿真研究。关键词：磁轴承；模糊控制：变参数PID控制；仿真；S

4、-function——一．茎坚里三奎兰堡圭兰垡垒奎AbstractMagneticbeatingsas@novelsupportingcomponents。whichareelectrimechanicalsystemsconsistedofrotor,bearingandpositionconU'oUer．Ithasbeenattractinggreatattentionbecauseoftheadvantagesofnomechanicaltouch。nofraysanddispensingwithlubricatecompared

5、withthetraditionalbeating．Magneticbearingscanworkwellonlyinthehelpofcontrolsystem．Sotheperformanceofcontrolleraffectsthedynamicperformanceofmagneticbearingsandthecontrolprecisionoftherotordirectly．I力thisarticle．thereasonablemat】1ematicmodeJwasbuilluphasedonthestudyofthes

6、inglefreedommagneticbearings，andthemodelofthecontrolsystemwasgiventoo．Basingonthis，thispaperanalyseshowtheparametersofthePIDcontrolleraffecttheperformanceofthecontrolsystemfist,thenpresentsavariableparametersPIDcontrollerappliedtothemagneticbearingssystem．Theparameters蛐p

7、rincipleofthiscontrollerareproposed．ThecontrolsystemissimulatedwiththeSimulinkofMATLAB；theparametersturningmoduleandtheaorllinearmodelofthemagneticbearingsarerealizedbyS-function．Thisarticleintroducestheexperimentalsystembasedonthedigitalcontrolsystemofmagneticbearings，a

8、nddiscussesthefunctionofthesystem’Sconstitutingparts，andthenanalysestheexperimentaldata．Theusualdesigno