[發明專利]基于擾動觀測器的磁懸浮轉子系統不匹配擾動的控制方法

有效

• 申請號: 201710692093.2
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107656437B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 彭聰;祝夢婷;鄧智泉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 向妮

1.基于擾動觀測器的磁懸浮轉子系統不匹配擾動的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立不匹配擾動下電壓控制型磁懸浮轉子系統的動態模型，得到電壓控制型磁軸承控制系統的狀態方程；

2)通過引入新的狀態變量重構磁懸浮轉子系統的等效系統，將不匹配擾動分為匹配和不匹配兩部分；

3)設計廣義的狀態空間擾動觀測器，對等效系統中的不匹配擾動部分進行觀測；

4)設計基礎魯棒控制器，根據步驟3)得到的擾動觀測器觀測的擾動估計值，在基礎魯棒控制器中引入等效補償，實現對外部擾動的抑制，并得到改進的復合控制系統；

5)對改進的復合控制系統進行穩定性分析，計算出基礎魯棒控制器及擾動觀測器的控制增益。

2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟1)所建立的電壓控制型磁軸承控制系統的狀態方程為：

式中，d(s；t)表示總擾動，s為轉子位移，t為時間，u＝[u_s]^T，x＝[x₁,x₂,x₃]^T，x₁＝s，x₃＝i_s均為狀態變量，是轉子的速度，i_s是控制電流，狀態矩陣為：

式中，m是剛性轉子的質量，R是線圈電阻，L是線圈電感，和表示在工作點(i_s＝i_N，s＝s_N)的控制電流和位置剛度。

3.根據權利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述總擾動d(s；t)包括參數變化和外部干擾，表示為：

d(s；t)＝△K_i(s；t)i_s(t)+△K_s(s；t)s(t)+f_d(t)

式中，f_d是外部干擾，△K_i(s；t)和△K_s(s；t)是參數變化量。

4.根據權利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步驟2)用新的狀態變量η(t)替代原系統里的狀態變量i_s(t)，新狀態變量定義為：

η(t)＝i_s(t)-i_d(t) (8)

等效的電壓控制型磁軸承控制系統可以表示為：

式中，不匹配擾動d(s；t)被分為兩個部分：和假設擾動觀測器可以漸進地跟蹤擾動，即t→∞時，

5.根據權利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步驟3)包括如下步驟：

引入一個輔助矢量ω(s；t)，重新定義總擾動d(s；t)為：

d(s；t)＝Vω(s；t) (10)

式中，W和V是系數矩陣；

復合系統由狀態變量(7)和干擾變量(11)組成，表示為：

根據狀態觀測器的設計方法，擾動觀測器可以設計以下的子系統：

式中，σ(t)是子系統的等效輸出，可通過觀測反饋量來提高觀測器精度；根據擾動觀測器的結構，可以推導出擾動變量表達式如下：

將輔助變量代入(14)，消掉(14)右側的擾動觀測器可以表示為：

式中，W和V是系數矩陣，ω(s；t)是輔助矢量，輔助變量是擾動變量。

6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，設W＝0，V＝I，未知擾動預估器的擾動觀測器模型可簡化為：