[發(fā)明專利]一種基于狀態(tài)觀測器的磁浮列車PID控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010165641.8
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111301178B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王樹宏;吳朝陽;董達善;孫友剛;藤媛媛;鄧江南;劉超
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學
• 主分類號: B60L13/06
• 分類號: B60L13/06
• 代理公司: 上海互順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

本發(fā)明提供了一種基于狀態(tài)觀測器的磁浮列車PID控制方法，其具體步驟如下：1，建立磁懸浮的狀態(tài)方程并將其線性化；步驟2，采用狀態(tài)反饋方法使系統(tǒng)穩(wěn)定并配置極點；步驟3，對被控對象進行可觀測性檢查及全狀態(tài)觀測器設(shè)計；步驟4，基于狀態(tài)觀測器的磁浮列車PID控制參數(shù)調(diào)試。本發(fā)明實現(xiàn)了基于狀態(tài)觀測器的PID控制方法，保證磁浮列車懸浮控制算法的完整運行，該方法簡單易行，執(zhí)行器響應(yīng)迅速，得到的速度值準確同時列車的控制效果很好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁浮列車控制，尤其涉及一種基于狀態(tài)觀測器的磁浮列車PID控制方法。

背景技術(shù)：

磁浮列車是一種新型高速交通工具，與普通的輪軌式列車不同，它主要依靠電磁力使車體懸浮在軌道上方運行。磁浮列車的車體與軌道可以無接觸運行，正因如此列車可以高速運行。

目前關(guān)于磁浮列車的懸浮控制研究是在氣隙速度可測的前提下進行的，但在一般的磁懸浮控制系統(tǒng)中，氣隙速度不能直接測得，導致很多控制算法在實際應(yīng)用中性能退化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于狀態(tài)觀測器的磁浮列車PID控制方法，保證磁浮列車懸浮控制算法的完整運行，該方法簡單易行，執(zhí)行器響應(yīng)迅速，得到的速度值準確同時列車的控制效果很好。

一種基于狀態(tài)觀測器的磁浮列車PID控制方法，其具體步驟如下：

步驟1，建立磁懸浮的狀態(tài)方程并將其線性化；

步驟2，采用狀態(tài)反饋方法使系統(tǒng)穩(wěn)定并配置極點；

步驟3，對被控對象進行可觀測性檢查及全狀態(tài)觀測器設(shè)計；

步驟4，基于狀態(tài)觀測器的磁浮列車PID控制參數(shù)調(diào)試。

所述步驟1，建立磁懸浮的狀態(tài)方程并將其線性化：

步驟1.1，建立磁懸浮的狀態(tài)方程：

針對磁浮列車系統(tǒng)，在豎直方向上對其進行動態(tài)分析并進行適當簡化以后，可以建立如下的動態(tài)模型：

式中，x(t)、分別表示懸浮電磁鐵與軌道間的氣隙、氣隙速度和加速度，m表示列車的質(zhì)量，g為重力加速度常數(shù)，F(xiàn)(t)是電磁力，k為常數(shù)由磁鐵有效面積、線圈匝數(shù)等決定，i(t)表示勵磁電流。

對于磁浮列車系統(tǒng)，可將動態(tài)模型轉(zhuǎn)化為如下狀態(tài)空間方程：

式中，x₁為氣隙，x₂為氣隙速度。

步驟1.2，狀態(tài)空間方程線性化：

對于上述建立的懸浮系統(tǒng)開環(huán)非線性模型，為了分析該模型的穩(wěn)定性，可以依據(jù)非線性理論中的一次近似定理，用線性分析的方法來分析非線性問題。

在其平衡點x＝(x₁₀,x₂₀)＝(0.008,0)以及電流平衡點i₀＝24.94處線性化:

定義s₁＝x₁-x₁₀,s₂＝x₂-x₂₀＝x₂，u＝i-i₀，則得到系統(tǒng)在平衡點的線性化狀態(tài)方程：

其中，

c＝[1 0]

步驟1.3，對被控對象進行可控性、穩(wěn)定性檢查：