[發(fā)明專利]徑向混合磁軸承的改進(jìn)模糊無模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310162235.6
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103246201A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張維煜;朱熀秋;李媛媛;金婕;鞠金濤
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

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)械接觸磁懸浮軸承（磁軸承）的控制系統(tǒng)及該控制系統(tǒng)的控制方法。

背景技術(shù)

徑向混合磁軸承是一種可以同時實現(xiàn)徑向兩個自由度控制的混合磁軸承，其控制磁通由控制線圈產(chǎn)生，因此具有主動磁軸承懸浮力可控、精度高、剛度可調(diào)等優(yōu)點；其偏置磁通是由永磁體所產(chǎn)生，因此又具有功耗低、成本低、空間散熱性好等優(yōu)勢。目前，徑向混合磁軸承采用PID控制器進(jìn)行控制，但PID控制器過分依賴控制對象的模型參數(shù)，魯棒性較差，很難滿足系統(tǒng)精密控制的要求。由于徑向混合磁軸承的數(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)的變化而隨時變化，因此建立其精確的數(shù)學(xué)模型會使得控制算法極其復(fù)雜，且會導(dǎo)致系統(tǒng)的快速響應(yīng)變慢，不僅如此，由于徑向混合磁軸承兩個自由度之間具有耦合作用，常規(guī)的控制技術(shù)在處理這些問題時，通常具有復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)或者過多的整定參數(shù)，甚至采用解耦控制等手段，增加了控制的成本，效果也不很理想。因此，采用一種控制簡單、不依賴于其數(shù)學(xué)模型且?guī)в薪怦罟δ艿木_控制方法是本領(lǐng)域的必然趨勢。

模糊無模型自適應(yīng)控制是一種不依賴于被控對象數(shù)學(xué)模型、具有良好的處理非線性問題和消除耦合的能力、結(jié)合了模糊控制優(yōu)點與無模型自適應(yīng)控制優(yōu)點的復(fù)合型控制器，它彌補(bǔ)傳統(tǒng)的無模型自適應(yīng)控制器只能利用控制參數(shù)的偏差進(jìn)行控制而忽略了偏差變化率等信息對控制系統(tǒng)的影響的不足，而且由于它利用控制法則來描述系統(tǒng)變量間的關(guān)系，且不用數(shù)值而用語言式的模糊變量來描述系統(tǒng)，使得控制過程簡單，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度；又由于它是將專家知識或操作人員經(jīng)驗形成的語言規(guī)則直接轉(zhuǎn)化為自動控制策略，因此控制效果明顯優(yōu)越于單純采用無模型自適應(yīng)控制的控制效果。

對于徑向混合磁軸承這類復(fù)雜的非線性耦合系統(tǒng)，相比于采用傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)模型的磁軸承系統(tǒng)控制方案，如果采用傳統(tǒng)的模糊無模型自適應(yīng)控制器對其直接進(jìn)行控制，可以更好的實現(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，但是傳統(tǒng)的模糊無模型自適應(yīng)控制器的輸出對于過去時刻的輸出數(shù)據(jù)變化量比較敏感，將產(chǎn)生較大的控制作用，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種針對徑向混合磁軸承的改進(jìn)模糊無模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法，改進(jìn)傳統(tǒng)的模糊無模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)并應(yīng)用于徑向混合磁軸承中，使徑向混合磁軸承系統(tǒng)具有更好的魯棒性、抗干擾性、適應(yīng)性和更好的控制精度。

?本發(fā)明徑向混合磁軸承的改進(jìn)模糊無模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是：由改進(jìn)模糊無模型自適應(yīng)控制器、被控對象和位移檢測模塊依次連接構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述改進(jìn)模糊無模型自適應(yīng)控制器由基本無模型自適應(yīng)控制器、四個模糊推理器和微分器相互連接組成，基本無模型自適應(yīng)控制器的輸入為徑向混合磁軸承轉(zhuǎn)子給定的轉(zhuǎn)子徑向參考位置信號x^*和y^*及轉(zhuǎn)子徑向位移輸出信號x和y，輸出為力信號F_x^*、F_y^*，轉(zhuǎn)子徑向位移偏差e_x、e_y經(jīng)微分器輸出其變化率e_cx、e_cy，模糊推理器一和模糊推理器二均以當(dāng)前時刻的轉(zhuǎn)子徑向位移偏差e_x、e_y及其變化率e_cx、e_cy為輸入，模糊推理器一以控制X方向的偏差增益系數(shù)λ₁為輸出，模糊推理器二以控制Y方向的偏差增益系數(shù)λ₂為輸出，模糊推理器三、模糊推理器四分別以過去時刻的輸出徑向位移變化量x_p、y_p為輸入，分別以控制X方向的權(quán)重因子σ₁和控制Y方向的權(quán)重因子σ₂為輸出；所述偏差增益系數(shù)λ₁和λ₂、權(quán)重因子σ₁和σ₂均輸入基本無模型自適應(yīng)控制器a1。