[發明專利]一種基于解析模型的磁懸浮運動實時仿真系統及方法

在審

• 申請號: 202110996658.2
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113721482A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 徐逢秋;許賢澤;彭若桐
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

本發明涉及磁懸浮運動實時仿真技術，具體涉及一種基于解析模型的磁懸浮運動實時仿真系統及方法，該系統包括磁懸浮運動平臺，包括依次連接的控制模塊、電流?磁力轉換模塊、磁力解析模塊和運動反饋模塊?？刂颇K根據運動誤差計算出磁懸浮運動平臺所需磁力；電流?磁力轉換模塊根據控制模塊輸出的磁力，逆模型求解磁力解析模塊所需的驅動電流；磁力解析模塊依據電流?磁力轉換模塊輸出的驅動電流，實時計算磁懸浮運動平臺所受磁力大?。贿\動反饋模塊根據磁力解析模塊輸出的磁力大小，實時更新磁懸浮運動平臺運動狀態，并反饋至控制模塊。該方法采用解析模型在保證準確性的同時，還考慮了平動及運動過程中的偏轉角，使得計算結果更加準確。

技術領域

本發明屬于磁懸浮運動實時仿真技術領域，特別涉及一種基于解析模型的磁懸浮運動實時仿真系統及方法。

背景技術

近幾年來，磁懸浮運動系統由于其具有機械結構簡單，運動范圍大等特點被越來越廣泛地應用在納米制造、微電子加工等領域，也受到越來越多的研究人員的關注。磁懸浮運動系統的性能主要由物理性能與控制算法的表現共同決定，對這兩個方面的研究也取得了大量地研究成果。為了證明這些研究成果的可行性與效果，通常需要通過實驗對它們進行驗證。磁懸浮運動系統對機械結構的制作工藝要求較高，制作周期長，制作成本高，如果將這些研究成果直接應用在實際系統中進行測試，測試過程中可能存在的一些不可預測的問題會對磁懸浮運動系統造成不可逆的損壞。基于此，對磁懸浮運動系統的結構設計以及控制算法進行仿真實驗成為驗證可行性的一種重要方法。在仿真系統中，磁懸浮運動系統控制器的作用對象是虛擬的磁懸浮運動平臺，通過這種方法，可以有效降低實驗過程中不可預測因素對實際磁懸浮運動平臺造成的傷害。

傳統的磁懸浮運動仿真系統將被控對象簡單視為二階系統，控制器被直接視為磁懸浮運動平臺所受磁力的大小，其優點在于結構簡單，可以快速進行搭建。然而，在磁懸浮運動系統實際控制過程中，控制器的輸出需要通過計算轉化為線圈中輸入的驅動電流，再由線圈中的電流轉化為磁懸浮運動平臺所受的磁力和力矩。傳統磁懸浮運動仿真系統顯然忽略了這一過程，這種情況會造成仿真結果與系統的真實運行情況出現差異，影響仿真結果的準確性，進而進一步影響仿真測試的有效性。

為了達到更好地仿真效果，更貼近磁懸浮運動系統的實際運動狀態，需要建立針對磁懸浮運動平臺的磁力模型?，F有的磁力模型主要分為數值模型和解析模型，數值模型準確性高然而計算強度太大，并不能對磁力進行實時計算，解析模型在保證了一定的計算準確性的前提下，極大地降低了計算強度，能夠實現實時計算的要求。為了實現磁懸浮運動系統的實時仿真，需要對磁懸浮平臺磁力大小進行實時計算，因此，相比于數值模型，解析模型顯然更適用于磁懸浮運動實時仿真系統。

在磁懸浮運動平臺的運動過程中，不可避免地會產生各個方向的偏轉角，然而，傳統的解析模型通常只考慮磁懸浮平臺的平動或繞z軸的轉動，為了達到更好地控制及仿真效果，顯然，提出一種既考慮平動又考慮偏轉角的解析模型顯得尤為重要。

發明內容

針對背景技術存在的問題，本發明提供一種基于解析模型同時考慮平動及偏轉角的磁懸浮運動實時仿真系統。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種基于解析模型的磁懸浮運動實時仿真系統，包括磁懸浮運動平臺，包括依次連接的控制模塊、電流-磁力轉換模塊、磁力解析模塊和運動反饋模塊；控制模塊用于根據運動誤差計算出磁懸浮運動平臺所需磁力；電流-磁力轉換模塊用于根據控制模塊輸出的磁力，逆模型求解磁力解析模塊所需的驅動電流；磁力解析模塊用于依據電流-磁力轉換模塊輸出的驅動電流，實時計算磁懸浮運動平臺所受磁力大小；運動反饋模塊用于根據磁力解析模塊輸出的磁力大小，實時更新磁懸浮運動平臺運動狀態，并反饋至控制模塊。

在上述基于解析模型的磁懸浮運動實時仿真系統的測試方法中，包括以下步驟：

步驟1：根據當前運動誤差，通過控制模塊實時計算磁懸浮運動平臺所需磁力和磁力矩；