磁悬浮运动平台控制系统设计与控制方法研究

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1、硕士学位论文磁悬浮运动平台控制系统设计与控制方法研究作者姓名：学科专业：学院(系、所)：指导教师：瞿田华机械工程(机械电子工程)机电工程学院段吉安教授中南大学2012年12月9日分类号UDC硕士学位论文密级磁悬浮运动平台控制系统设计与控制方法研究TheDesignandCom01MethodofMagneticLeVitationStageSystem作者姓学科专学院(系、指导教名：瞿田华业：机械工程(机械电子工程)所)：机电工程学院师：段吉安教授论文答辩日期逸l逸l!目臼日答辩委员会主席中南大学2012年12月9

2、日原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：塑亟玺日期：迎12=年监月上日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布

3、学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。．厶之名摘要磁悬浮技术具有无摩擦、无润滑、无磨损、运行无噪声、寿命长等特点。这种运动方式适合于微米级以下的精密加工。但磁悬浮系统的强非线性与机电耦合特征会降低磁悬浮的运动精度与鲁棒性。因此，整个磁悬浮系统的性能主要取决于控制系统品质的优劣。磁悬浮运动平台控制系统包含磁悬浮执行器、磁悬浮功率放大器与磁悬浮控制器，本文逐级对这些环节进行研究与设

4、计：首先，分析磁悬浮执行器的力学特征、电学特征，推导了相关特征表达式。结合磁悬浮系统特点，利用特征表达式研究电磁铁线圈匝数和线圈直径的合理取值范围。然后，针对磁悬浮开关功率放大器反馈信号类型、调制模式与电流响应速度进行分析与比较，完成数字式功率放大器原理设计与实物调试工作，并进行了性能测定实验。实验结果表明，本文设计的数字式功率放大器实物输出精度和线性度高、响应快速、电流纹波小。为实现性能更为优良的磁通式功率放大器，引入基于干扰观测器的控制结构以提高磁通式功率放大器的输出质量。结合实际磁悬浮系统情况，应用多反馈量融

5、合的观测方式构成新型干扰观测器控制结构。仿真结果显示，新型干扰观测器控制结构能够更好的降低磁悬浮功率放大器磁通输出抖动。相较于普通干扰观测器控制结构更适合磁通式功率放大器的应用需求。最后，引入了模糊二型自适应控制方法进行磁悬浮控制，以提高对磁悬浮系统非线性特征的适应性。该算法利用自适应结构结合二型模糊算法对控制目标进行最优鲁棒控制器回归逼近。仿真实验结果表明，该复合智能控制器相较于模糊智能控制器与线性控制器在磁悬浮系统中能够得到更好的非线性适应速度与控制效果。本文通过对执行器、功率放大器和控制器的设计与控制方法研究

6、，提升了控制系统的响应速度和鲁棒性，并给出减小输出抖动、降低非线性程度与适应非线性特征的控制方法，对磁悬浮控制系统性能的提升有积极的作用。关键词磁悬浮控制系统，开关功率放大器，干扰观测器，自适应二型模糊控制器本研究得到国家重点基础研究发展计划(编号：2003CB716206)与国家自然科学基金青年基金(编号：51005253)资助IABSTRACTMaglevtechnologyhasmeadVantagesofno衔ction，nolubrication，nowe甄nonoise，longservicelifee

7、tc，so1t1squltesunable士ortne．··^·●J·．'1，’J1precisionmaChiningbelowt11emicronlevel．HoweVer’asthes切ongnonliIle2urandstl70ngelectromechamcalcouplmgcharaCteriSticsofmagneticsuspension，wmchwillreducet11emotionprecisionandrobustlless，themaglevsystemperformancemainlyd

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