專(zhuān)利名稱(chēng)：軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非機(jī)械接觸的軸向混合磁懸浮軸承。
背景技術(shù)：
磁軸承是利用磁場(chǎng)力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，使其與定子沒(méi)有機(jī)械接觸的一種支承軸承，具有無(wú)摩擦、無(wú)磨損、無(wú)需潤(rùn)滑和密封，高速度、高精度及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。軸向混合磁軸承是一種由控制線圈產(chǎn)生控制磁通、由永磁體產(chǎn)生偏置磁通，從而使轉(zhuǎn)子懸浮于空間的磁軸承，具有懸浮力可控、精度高、剛度可調(diào)、功耗低、成本低、空間散熱性好等優(yōu)點(diǎn)。目前，磁軸承多采用PID控制器進(jìn)行控制，但PID控制器過(guò)分依賴(lài)控制對(duì)象的模型參數(shù)，魯棒性較差。由于軸向混合磁軸承的數(shù)學(xué)模型隨磁飽和、轉(zhuǎn)子偏心位移、轉(zhuǎn)速和負(fù)載等參數(shù)的變化而隨時(shí)變化，因此建立軸向混合磁軸承精確的數(shù)學(xué)模型會(huì)使得控制算法極其復(fù)雜，且會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)的響應(yīng)變慢。無(wú)模型自適應(yīng)控制器就是一種不依賴(lài)于被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的控制器，僅采用被控對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)建立泛模型(一種線性化模型)，構(gòu)造控制輸入準(zhǔn)則函數(shù)和參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則函數(shù)，根據(jù)優(yōu)化思想得到控制律和構(gòu)建實(shí)際位置估計(jì)器，從而實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的無(wú)模型自適應(yīng)控制。該無(wú)模型自適應(yīng)控制器的控制方法采用邊建模邊控制的方式，在得到新的觀測(cè)數(shù)據(jù)后，再建模再控制，使每次得到的泛模型逐漸精確，從而使控制器的性能也隨之得到改善。如果采用無(wú)模型自適應(yīng)控制器對(duì)軸向混合磁軸承進(jìn)行控制，可以更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)，且具有更強(qiáng)的自適應(yīng)能力與魯棒性。但是無(wú)模型自適應(yīng)控制器所針對(duì)的控制對(duì)象一般指被控對(duì)象本體，而對(duì)于軸向混合磁軸承而言，除了本身結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化影響其數(shù)學(xué)模型之外，其驅(qū)動(dòng)模塊和位移采樣模塊等參數(shù)變化對(duì)數(shù)學(xué)模型也會(huì)產(chǎn)生巨大影響。因此，僅根據(jù)軸向混合磁軸承本體的輸入輸出數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建控制系統(tǒng)不足以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸向混合磁軸承的更好控制，且得到的控制律和構(gòu)建的實(shí)際位置估計(jì)器也不能很好地實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有軸向混合磁軸承控制存在的問(wèn)題，將凡是能引起軸向混合磁軸承控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型變化的情況全部考慮在內(nèi)，從而提出一種具有更好的魯棒性、抗干擾性、適應(yīng)性和控制精度的軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)；本發(fā)明同時(shí)還提出該軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制方法，無(wú)需被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，將整體控制模型作為復(fù)合被控對(duì)象，解決建立數(shù)學(xué)模型困難的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)精密控制。本發(fā)明軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是:所述軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)是由無(wú)模型自適應(yīng)控制器、軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型、泛模型和實(shí)際位置估計(jì)器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型由力/電流變換、功率放大模塊、軸向混合磁軸承、位移傳感器和位移接口電路依次串聯(lián)構(gòu)成；軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型的輸入數(shù)據(jù)為無(wú)模型自適應(yīng)控制器的輸出控制量/C，軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型的輸出數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)子位移輸出信號(hào)Z;軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型的輸入與輸出均為泛模型和實(shí)際位置估計(jì)器的輸入，泛模型的輸出也為實(shí)際位置估計(jì)器的輸入，實(shí)際位置估計(jì)器的輸出既反饋給泛模型又反饋給無(wú)模型自適應(yīng)控制器。本發(fā)明軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制方法采用的技術(shù)方案是:先采用電渦流位移傳感器檢測(cè)軸向混合磁軸承的軸向位置，檢測(cè)出的軸向位移信號(hào)通過(guò)位移接口電路處理，輸出調(diào)制后的轉(zhuǎn)子位移輸出信號(hào)A與給定的轉(zhuǎn)子參考位置信號(hào)科進(jìn)行比較，得到轉(zhuǎn)子位移偏差e:再將轉(zhuǎn)子位移偏差e作為無(wú)模型自適應(yīng)控制器的輸入變量，依據(jù)無(wú)模型自適應(yīng)控制器的控制律調(diào)整無(wú)模型自適應(yīng)控制器的輸出控制量/T ;所述無(wú)模型自適應(yīng)控制器的控制律是:
權(quán)利要求
1.一種軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征是:所述軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)是由無(wú)模型自適應(yīng)控制器(a)、軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型(/O、泛模型(c)和實(shí)際位置估計(jì)器(V)構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型O)由力/電流變換(Al)、功率放大模塊02)、軸向混合磁軸承(M)、位移傳感器04)和位移接口電路(65)依次串聯(lián)構(gòu)成；軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型Qd)的輸入數(shù)據(jù)為無(wú)模型自適應(yīng)控制器Ca)的輸出控制量/C，軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型㈧的輸出數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)子位移輸出信號(hào)^ ;軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型(幻的輸入與輸出均為泛模型(C)和實(shí)際位置估計(jì)器U)的輸入，泛模型(C)的輸出也為實(shí)際位置估計(jì)器(V)的輸入，實(shí)際位置估計(jì)器(V)的輸出既反饋給泛模型(c)又反饋給無(wú)模型自適應(yīng)控制器UX
2.一種如權(quán)利要求1所述軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制方法，采用電渦流位移傳感器(64)檢測(cè)軸向混合磁軸承03)的軸向位置，檢測(cè)出的軸向位移信號(hào)通過(guò)位移接口電路(65)處理，輸出轉(zhuǎn)子位移輸出信號(hào)&與給定的轉(zhuǎn)子參考位置信號(hào)進(jìn)行比較，得到轉(zhuǎn)子位移偏差e，其特征是還具有以下步驟: (1)將轉(zhuǎn)子位移偏差e作為無(wú)模型自適應(yīng)控制器U)的輸入變量，依據(jù)無(wú)模型自適應(yīng)控制器Ca)的控制律調(diào)整無(wú)模型自適應(yīng)控制器Ca)的輸出控制量; 所述無(wú)模型自適應(yīng)控制器00的控制律是:
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種軸向混合磁軸承無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)及其控制方法，由無(wú)模型自適應(yīng)控制器、軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型、泛模型和實(shí)際位置估計(jì)器連接構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，軸向混合磁軸承系統(tǒng)控制模型由力/電流變換、功率放大模塊、軸向混合磁軸承、位移傳感器和位移接口電路依次串聯(lián)構(gòu)成；將轉(zhuǎn)子位移偏差作為無(wú)模型自適應(yīng)控制器的輸入變量，依據(jù)無(wú)模型自適應(yīng)控制器的控制律調(diào)整其輸出控制量，將軸向混合磁軸承控制模型的輸入、輸出及泛模型的輸出作為實(shí)際位置估計(jì)器的輸入，估計(jì)出的偽偏導(dǎo)數(shù)作為實(shí)際位置估計(jì)器的輸出，將偽偏導(dǎo)數(shù)反饋給泛模型也反饋給無(wú)模型自適應(yīng)控制器；無(wú)需構(gòu)建復(fù)雜的非線性數(shù)學(xué)模型，可以更好地實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，計(jì)算量小。
文檔編號(hào)G05B13/04GK103116281SQ20131001633
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者張維煜, 曹莉, 朱熀秋 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)