磁浮列车悬浮控制器的电流环分析与优化设计

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1、国防科技大学学报第28卷第1期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVoI.28No.12006文章编号：1001-248（62006）01-0094-04!磁浮列车悬浮控制器的电流环分析与优化设计李云钢，柯朝雄，程虎（国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073）摘要：电流环是磁浮列车悬浮控制器的重要子系统。在分析PI型电流环及最速电流环的控制特点的基础上，设计了一种次速电流环控制器，它具有调节速度快、抗信号扰动能力强、对对象参数不敏感等优点。仿真表明次速

2、电流环的调节速度和最速电流环相当，但在系统中存在干扰信号时，抖动会明显减小。实验表明，次速电流环调试方便，能结合悬浮控制子系统很好地完成悬浮任务。关键词：磁浮列车；悬浮控制；PI型电流环；最速电流环；次速电流环中图分类号：TP273文献标识码：AAnalyzingandOptimizingDesignofCurrent-loopintheMagneticlevitationControlleronMaglevVehicleLIYun-gang，KEZhao-xiong，CHENGHu（CoIIegeofMechatron

3、icsEngineeringandAutomation，NationaIUniv.ofDefenseTechnoIogy，Changsha410073，China）Abstract：Thecurrent-IoopisakeysubsystemofthemagneticIevitationcontroIIeronmagIevvehicIe.BasedontheanaIysisofcontroIIingfeaturesofPIandtime-optimaIcurrent-Ioop，thepaperpresentsadesig

4、nofhypo-time-optimaIcurrent-IoopcontroIsystem，whichhastheadvantagesoffastadjustment，stronganti-disturbanceandinsensitivenesstosystem’sparameter.SimuIationresuItsshowthatthehypo-time-optimaIcurrentIoopwasasfastasthetime-optimaIcurrent-IoopandhadIessvibrationwhenno

5、iseinterfusesintothesystem.TheexperimentresuItsindicatethatthehypo-time-optimaIcurrent-IoopcanbereguIatedconvenientIy，andcanaIsobesuccessfuIIyappIiedinmagneticIevitationcontroIsystem.Keywords：magIevvehicIe；IevitationcontroI；PIcurrent-Ioop；time-optimaIcurrent-Ioop

6、；hypo-time-optimaIcurrent-Ioop悬浮控制技术是EMS型磁浮列车的核心技术之一，而电流环是悬浮控制系统的一个重要子系统，本文对此开展研究。磁浮列车由多个悬浮电磁铁共同支撑，因此其悬浮系统也是一个多点控制系统，但在磁浮列车实现中，都采用了结构解耦方法，从而将多点控制问题简化为单铁悬浮控制问题。就单铁悬浮控制而言，被控系统在线性化之后是一个三阶不稳定系统，早期的控制方法是采用两极超前或状态反馈控制，这些方法的共同特点是，为了改善悬浮效果，往往需要同时调节多个参数，而单个参数和悬浮效果之间的对应关系不

7、明确。为了克服这个缺点，文献［1］引入电流环，将三阶的悬浮控制系统分解为一阶的电流环子系统和二阶的悬浮控制子系统，它们可以独立调试，从而大大降低了悬浮控制系统的调试难度。文献［1］还给出了一种鲁棒电流环的设计方法。本文从电流环的控制目标出发，深入研究电流环的设计方法。电流环的控制目标是电磁铁的电流能够以最快的速度跟踪控制电压，又能将噪声限制在允许的范围内。此外，由于在调节过程中，电磁铁的等效电阻和电感都是在变化的，因此要求控制系统具有足够的鲁棒性。采用PI控制较易在快速跟踪和抑制噪声之间折中，而且便于实现，不足之处是它没

8、有考虑控制约束。基于极大值原理的最速控制能处理控制量有约束的问题［5］，但系统中的随机扰动会导致控制量频繁切换，从而产生颤震。本文对这两种控制方法进行分析，然后将它们结合成次速控制器：在误差较大时，采用最速控制以提高快速性，在误差较小时采用PI控制，克服频繁切换的缺点，同时由于误!收稿日期：2005-09-09基金项