[發明專利]一種基于磁懸浮減震裝置的預測控制方法

有效

• 申請號: 202011123795.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112286054B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 王偉然;閆景昊;葛慧林;魏海峰;智鵬飛;朱安宏
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

1.一種基于磁懸浮減震裝置的預測控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：提出一種磁懸浮抬升減震保護裝置；

步驟二：基于磁懸浮抬升減震保護裝置，分析其工作原理，考慮其受到擾動引起被抬升物的偏移和轉動，建立運動學方程和轉動方程，其為非線性方程；

步驟三：將列出的非線性方程線性化，以電流為控制量列寫狀態方程；

步驟四：將磁懸浮抬升減震保護裝置的狀態方程采用前項歐拉法離散化，列寫預測控制方程，設計預測控制器；

步驟五：針對被懸浮抬升的物體偏移位置和轉動角度的約束，設計優化算法；

步驟六：進一步優化算法，給出迭代求解步驟，最終迭代求取最佳解；

所述步驟五中，基于磁懸浮抬升減震保護裝置控制系統，給出預測控制器的優化目標函數：

其中，ΔU(k)為根據k與k-1時刻離散化計算得到的控制量差值，H為常數矩陣，f為常數矩陣，f^T為常數矩陣f的轉置矩陣，

再對狀態變量的幅值進行約束，進一步給出帶有約束的優化目標函數：

其中，ΔU(k)為根據k與k-1時刻離散化計算得到的控制量差值，H為常數矩陣，f為常數矩陣，f^T為常數矩陣f的轉置矩陣；

所述步驟六中，基于磁懸浮抬升減震保護裝置控制系統，針對帶有不等式約束的目標函數，給出松弛KKT條件：

其中，H為常數矩陣，x＝ΔU(k)，γ為拉格朗日乘子，w為變量；Y為由拉格朗日乘子組成的對角矩陣；W為變量w組成的對角矩陣，e為單位向量，e＝(1,1,…1)^T，μ為實數且大于0，基于磁懸浮抬升減震保護裝置控制系統，設計優化算法，并給出迭代求解步驟，求出滿足條件的最優解。

2.根據權利要求1所述的基于磁懸浮減震裝置的預測控制方法，其特征在于，所述步驟三中，基于磁懸浮抬升減震保護裝置，將給出的非線性方程近似線性化后，以浮子在x，y，z軸上的位移和轉角為狀態變量和輸出，x，y，z軸的電流為輸入，建立狀態方程，從而實現系統對被抬升物的姿態進行控制，維持其平衡。

3.根據權利要求1所述的基于磁懸浮減震裝置的預測控制方法，其特征在于，所述步驟四中，基于磁懸浮抬升減震保護裝置，采用前項歐拉法，將列出的狀態方程離散化，根據預測控制方法設計出預測控制器。

4.根據權利要求1-3任一項所述的基于磁懸浮減震裝置的預測控制方法，其特征在于，所述步驟一中的磁懸浮抬升減震保護裝置整體為六面體箱體，箱體的每一個面上均設置有單元模塊，每一個單元模塊由若干個線圈和霍爾元件組成，通過控制單個單元模塊或組合控制多個單元模塊以實現磁懸浮減震。