磁悬浮轴承系统的鲁棒H∞控制研究

本文的主要工作是将鲁棒H∞控制理论应用到主动磁悬浮轴承实验平台中。首先对系统的各个环节进行了分析,包括转子动力学、传感器、功率放大器和控制器结构分析,建立了五自由度磁悬浮轴承-转子数学模型,并将其进行了强制解耦,得到了分散控制需要的数学模型。 考虑到磁悬浮轴承系统中的参数不确定性,本文采用参数不确定H∞控制理论,利用结构化设计和分散控制策略,通过求解2-Riccati方程,设计了单自由度上的H∞控制器,并采用仿真实验,探讨了该控制器对参数摄动的抑制性能。针对磁悬浮轴承-转子结构中存在的未建模动态等不确定性,本文采用H∞混合灵敏度法设计了分散H∞控制器,设计过程中,提出了加权函数与控制器之间的部分内在联系。针对径向和轴向的H∞控制器,本文在Matlab/Simulink环境中还分别进行了磁悬浮轴承系统的仿真实验,从理论上验证了所求H∞控制器良好的信号跟踪和干扰抑制性能。 最后,通过对H∞控制器进行双线性变换,本文编写了C语言H∞控制程序,并将其应用到基于PC机实时控制系统的磁悬浮轴承实验平台中,在DOS操作系统下,实现了转子在空间五个自由度上的稳定的静态悬浮和在悬浮状态下的30000转/分钟的高速运转。本文针对该平台设计的H∞控制器的控制精度在静态悬浮时径向为±0.5μm,轴向为±3.6μm,高速运转时径向为±15μm,轴向为±3.6μm。实验结果直接证明了本文所设计的控制器在参数摄动和动态摄动范围内具有很好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。