[發(fā)明專利]一種多維磁懸浮隔振平臺的控制系統(tǒng)及仿真方法

在審

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• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108732941A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武倩倩;崔寧;劉碧龍;安峰巖;肖小紅;劉新福
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種多維磁懸浮隔振平臺的控制系統(tǒng)及仿真方法。其中該控制系統(tǒng)包括三個(gè)閉環(huán)控制回路，用來實(shí)現(xiàn)多維磁懸浮隔振平臺在預(yù)設(shè)寬頻帶范圍內(nèi)的微振動控制；第一閉環(huán)控制回路包括絕對運(yùn)動狀態(tài)控制器，其被配置為接收浮子的絕對位移、速度和加速度信號，以隔振控制為目的；第二閉環(huán)控制回路包括相對運(yùn)動狀態(tài)控制器，其被配置為接收定子與浮子之間的相對位移、速度和加速度信號，以跟蹤控制為目的，當(dāng)微振動頻率低于隔振頻帶范圍時(shí)，用于保持定子與浮子之間的相對位姿，避免定子與浮子發(fā)生機(jī)械碰撞；第三閉環(huán)控制回路包括電壓控制器，其被配置為接收磁懸浮作動器的輸出電壓信號，用于保證磁懸浮作動器實(shí)時(shí)提供精確的控制力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間微振動隔振領(lǐng)域，尤其涉及一種多維磁懸浮隔振平臺的控制系統(tǒng)及仿真方法。

背景技術(shù)

空間微振動具有種類多樣化、振動量級小、振動頻帶寬的特點(diǎn)，當(dāng)微振動頻率在0.01Hz～5Hz之間時(shí)，較難實(shí)現(xiàn)良好的隔振控制。被動隔振系統(tǒng)對于高頻振動具有較好的隔振控制效果，然而對于低頻振動控制效果不佳。磁懸浮隔振系統(tǒng)利用磁場與電場產(chǎn)生的洛倫茲力來實(shí)現(xiàn)空間微振動的隔離與抑制，對于低至0.01Hz的微振動仍然具有較好的隔振效果，在空間微振動隔振領(lǐng)域，如空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)、高分辨率對地觀測、深空探測、激光通訊等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

由于磁懸浮隔振系統(tǒng)具有非線性、強(qiáng)耦合、高響應(yīng)、寬頻帶等特點(diǎn)，系統(tǒng)的控制目標(biāo)與定子和浮子之間的相對位置存在相互制約的關(guān)系，這增加了系統(tǒng)低頻隔振控制的難度。由于擾動頻帶較寬，低頻和極低頻帶范圍內(nèi)的微振動對感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)硬件能力要求較高。在極低頻帶范圍內(nèi)，由于振動幅值較大，為了避免定子與浮子發(fā)生碰撞，需要控制浮子與定子之間的相對運(yùn)動狀態(tài)，保證浮子處于氣隙的中心位置；而對于低頻到中高頻帶范圍內(nèi)的振動，需要消除浮子的絕對運(yùn)動狀態(tài)，保持絕對靜止?fàn)顟B(tài)；由于磁懸浮作動器的磁場的非線性，需要建立電流與浮子平臺運(yùn)動之間的傳遞函數(shù)，實(shí)時(shí)輸出合理的控制電流。以上條件要求系統(tǒng)具有合理的控制策略，才能滿足應(yīng)用要求。另外，由于系統(tǒng)的強(qiáng)耦合特性，單自由度的擾動控制仿真并不能真實(shí)反映系統(tǒng)的控制響應(yīng)。

雖然國內(nèi)外很多學(xué)者研究了基于磁懸浮技術(shù)的隔振控制方法，但是這些研究大多是在簡化模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，尚未有針對多維磁懸浮隔振平臺的控制策略以及控制仿真系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一目的是提供了一種多維磁懸浮隔振平臺的控制系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)多維磁懸浮隔振平臺在預(yù)設(shè)寬頻帶范圍內(nèi)的微振動控制。

本發(fā)明的一種多維磁懸浮隔振平臺的控制系統(tǒng)，其中，所述多維磁懸浮隔振平臺面向空間微振動，所述控制系統(tǒng)包括第一閉環(huán)控制回路、第二閉環(huán)控制回路和第三閉環(huán)控制回路，這三個(gè)閉環(huán)控制回路用來實(shí)現(xiàn)多維磁懸浮隔振平臺在預(yù)設(shè)寬頻帶范圍內(nèi)的微振動控制；

所述第一閉環(huán)控制回路包括絕對運(yùn)動狀態(tài)控制器，其被配置為接收浮子的絕對位移、速度和加速度信號，以隔振控制為目的，用于加強(qiáng)浮子與慣性空間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)從低頻到中高頻帶范圍內(nèi)的微振動控制；

所述第二閉環(huán)控制回路包括相對運(yùn)動狀態(tài)控制器，其被配置為接收定子與浮子之間的相對位移、速度和加速度信號，以跟蹤控制為目的，當(dāng)微振動頻率低于隔振頻帶范圍時(shí)，用于保持定子與浮子之間的相對位姿，避免定子與浮子發(fā)生機(jī)械碰撞；

所述第三閉環(huán)控制回路包括電壓控制器，其被配置為接收磁懸浮作動器的輸出電壓信號，用于保證磁懸浮作動器實(shí)時(shí)提供精確的控制力。

在本發(fā)明中，絕對運(yùn)動狀態(tài)控制器以隔振控制為目的，隔振控制后，使得浮子的絕對加速度趨近于0，絕對速度也趨近于0，絕對位移為與系統(tǒng)初始參數(shù)有關(guān)的常量。

進(jìn)一步的，所述相對運(yùn)動狀態(tài)控制器還被配置為：

通過補(bǔ)償線纜的剛度和阻尼影響的方式來削弱定子與浮子之間的聯(lián)系，跟蹤控制后，使得定子與浮子之間的相對加速度和相對速度趨近于0，相對位移為與系統(tǒng)初始參數(shù)有關(guān)的常量。