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电磁永磁混合悬浮系统悬浮控制研究
| 论文题名： | 电磁永磁混合悬浮系统悬浮控制研究 |
| 关键词： | 电磁永磁混合;混合悬浮系统;悬浮控制;专家控制;模糊控制;状态反馈;无加速度传感器 |
| 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。 |
| 作者： | 徐绍辉 |
| 专业： | 机电与电器 |
| 导师： | 金能强;史黎明 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中国科学院电工研究所 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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