基于三电平PWM开关功放磁推力轴承控制系统

针对磁悬浮推力轴承控制系统的特点和要求,设计了三电平PWM开关功率放大器,对其输入、输出信号跟踪等特性进行分析,并对磁悬浮推力轴承转子运动控制系统进行仿真。仿真结果表明,采用三电平PWM开关功率放大器可以有效降低电流纹波,缩短电流响应时间,并显著提高转子控制系统的精度。     

磁悬浮转子位移测量传感器的研究

在磁力轴承系统中,磁悬浮转子的位移信号是控制磁力轴承稳定悬浮并能够高速旋转的重要依据,因此,位移传感器测量数据的可靠性、稳定性和精确性直接影响到磁力轴承的整体性能。针对磁悬浮转子对位移传感器的特殊要求,从理论上分析了涡流位移传感器的设计原理,并根据理论分析设计制作了传感器;还介绍了传感器的实验方法和实验步骤,并对实验结果进行了分析。     

过程控制中被控对象神经网络模型的设计

根据控制过程的特点提出了一种新的动态系统辨识方法 将输入、输出信号、滤波后的数据用于训练静态前向神经网络 ,辨识出控制系统工作点处一线性动态模型的参数 ,从而预测过程的输出 文中详细论述了设计方法及算法原理 ,并通过试验对比表明 ,这种模型精度高、计算量少 ,对噪声不敏感 ,特别适用于运行过程复杂、干扰因素多、非线性控制系统的动态辨识     

一种新的系统盲反向辨识方法

基于系统输出信号过采样原理的系统反向辨识是一种新的盲辨识方法，这种方法不仅适用于最小相位系统，而且也适用于非最小相位系统。通过输出信号的过采样，可以获取未知输入信号和系统更多的信息。文中首先提出了这种解决盲辨识问题的算法，然后利用辨识出的系统模型恢复了源输入信号。这种方法在控制工程领域具有较高的实用价值。     

过程控制中被控对象神经网络模型的设计

根据控制过程的特点提出了一种新的动态系统辨识方法。将输入、输出信号、滤波后的数据用于训练静态前向神经网络，辨识出控制系统工作点处一线性动态模型的参数，从而预测过程的输出。文中详细论述了设计方法及算法原理，并通过试验对比表明，这种模型精度高、计算量少，对噪声不敏感，特别适用于运动过程复杂、干扰因素多、非线性控制系统的动态辨识。     

基于ARX模型的控制系统辨识及稳定性分析

应用系统辨识技术,基于ARX模型,建立了热连轧机液压压下控制系统的动态数学模型.系统的输入和输出数据分别采用轧机压下闭环系统电液伺服阀控制信号和辊缝位移信号;模型的参数估计采用最小二乘估计法(LSCE),模型阶的辨识采用赤池信息准则(AIC).使用数据验证模型3步预测输出数据,并与实际测量数据对比研究了辨识模型的拟合精度,采用残差分析法检验了模型的有效性.仿真分析结果表明:辨识的模型是有效的.建立的轧机压下控制系统的数字化模型是计算机仿真分析的基础,也是控制器优化设计的依据,同时也为研究轧机振动特性提供了重要手段.     

热连轧活套系统的数据驱动预测控制

针对热连轧活套高度和张力系统的双输入双输出强耦合特性,提出了基于数据驱动预测控制策略.基于子空间辨识方法,利用离线和在线输入输出数据直接辨识控制器参数,避开模型辨识的过程,同时基于预测控制原理,利用未来输入和已经测得的数据信息,预估未来输出,充分利用预测信息设计控制器,在下一个采样周期开始新的循环.该方法能够提高控制精确度,具有较强的扰动抑制能力.仿真结果表明该方法的可行性和较好的控制效果.     

竞争学习的非均匀采样非线性系统的模糊辨识

在实际非线性系统中,由于资源的限制,使得输入信号快速刷新,输出信号慢速采样.利用获得的非均匀采样数据对原非线性系统辨识存在一定困难.为此,通过提升技术,把非线性系统的多个特征点局部的线性模型转化为模糊模型的后件线性模型.在此基础上,提出基于竞争学习和递推梯度下降方法的辨识算法.通过定理证明:输入信号在持续激励条件下,模糊模型的参数能够一致性收敛;针对化工p H中和过程非线性系统,采用非均匀采样数据,建立其模糊模型,通过实际数据与模糊模型输出数据误差对比,表明了实际系统在非均匀采样条件下,模糊辨识能够建立其过程模型,验证了提出方法的有效性.     

电磁轴承刚性转子系统前馈解耦控制

为了消除电磁轴承支撑的刚性转子系统径向各自由度间的耦合,提出电磁轴承刚性转子系统径向四自由度的前馈解耦控制策略;针对解耦后系统存在的不平衡振动,提出基于不平衡量辨识的转子不平衡补偿方法;为了提升解耦和不平衡补偿效果,利用最速跟踪微分器来获取前馈解耦控制器及不平衡量辨识器所需的微分信号.仿真及试验结果表明,所设计的前馈解耦控制器可以将电磁轴承刚性转子系统径向原来相互耦合的四自由度系统解耦为4个单自由度系统;利用所设计的不平衡量辨识器辨识出转子不平衡量并对其进行补偿,能够抑制转子系统的不平衡振动;采用最速跟踪微分器,不仅能够削弱测量噪声对解耦效果及不平衡补偿效果的影响,还能够提升控制系统的抗噪能力.     

支持向量机α阶逆系统解耦控制方法

为了解决采用传统逆系统方法难以建立逆模型的困难,提出了基于支持向量机(SVM)的α阶逆系统解耦控制方法.在被控对象精确模型未知的情况下,根据SVM的非线性辨识原理,利用具有高斯核函数的SVM离线建立被控对象的非线性逆模型,根据逆系统方法原理,将得到的SVM逆模型串联在原系统之前,将复杂的非线性多变量系统解耦成多个相对独立的单输入输出伪线性子系统.通过对一个典型的两输入两输出强耦合非线性系统进行仿真，结果表明,在没有系统模型先验知识的情况下，利用该方法能够建立准确的非线性系统的逆模型.基于SVM的α阶逆系统解耦控制方法适用于较一般的离散非线性系统，且结构简单，易于工程实现.     

V-Gap度量磁悬浮推力轴承系统H∞控制器设计

磁悬浮压缩机变叶尖间隙喘振控制策略的实现,需要推力轴承系统控制转子精确跟踪轴向位置以及应对轴向载荷多变的问题。为保证磁悬浮推力轴承系统鲁棒控制器能够满足一定的位置跟踪和抗干扰性能,对磁悬浮推力轴承系统建模,将V-Gap度量与广义稳定裕度评价结合设计H_∞控制器。介绍了V-Gap度量和广义稳定裕度,对推力轴承系统建模利用V-Gap度量定量分析系统参数不确定性对被控对象的影响程度;在混合灵敏度H_∞控制基础上,提出以广义稳定裕度为稳定性要求的控制器设计方法,并试验验证该方法合理性。研究结果表明:设计后控制器具有更好的鲁棒性及位置跟踪性能。     

转子分布不平衡和轴承特性参数同时辨识方法

针对转子模态动平衡的关键参数转子不平衡量和轴承特性参数难以确定的问题,提出一种基于轴承处振动响应的轴承特性参数和转子分布不平衡参数的同时辨识方法。以多项式函数描述转子质量偏心曲线,表征转子连续分布的不平衡质量;以有限元法建立转子/轴承子结构运动微分方程;采用虚功原理将连续分布的广义不平衡力转化为节点处的集中不平衡力并建立其与偏心曲线系数的关系,从而推导出轴承特性参数及质量偏心曲线系数的同时辨识方程,进而实现基于不同转速下轴承处的振动响应辨识出轴承特性参数和分布不平衡参数。以一个转子轴承系统为例进行了偏心曲线阶次对参数辨识的敏感度仿真,结果表明：偏心曲线阶次对参数辨识结果影响较小。以实测轴承处响应辨识得到的参数进行一阶模态动平衡实验,平衡后轴承处振动明显降低,验证了提出的辨识方法及其在模态动平衡中的有效性。     

挠性转子磁力轴承系统LQ最优控制研究

在高温气冷堆氦气透平发电系统（HTR—IOGT）的相似性模拟实验装置AMB—PⅡ上,开展针对磁力轴承支承下挠性转子系统的优化控制研究。采用离散质量的集总参数法建立了相应转子动力学模型,通过适当模态截断简化获得了转子系统的状态方程。研究了LQ最优控制方法,分析了权重参数的选择对控制器的影响。仿真实验表明,输出反馈LQ结合相位补偿的控制器,具有物理意义清晰、系统结构简单和参数易于调节等优点。在AMB—PⅡ实验台架上不仅实现了转子的稳定悬浮,而且能够有效地抑制转子的高阶挠性模态振动,使转子顺利通过了二阶挠性临界转速,最高达到450Hz。该方法的研究为今后高温气冷堆氦气透平工程的磁力轴承实际应用提供了良好的设计参考。     

基于状态反馈精确线性化Buck变换器的微分平坦控制

针对Buck变换器由于输入电压和输出电流等外部扰动及电路参数摄动等不确定因素引起系统输出电压变化的问题,提出一种基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制方法。根据状态空间平均方程建立了变换器的仿射非线性模型,通过坐标变换推导出状态反馈控制率。在状态反馈精确线性化模型基础上,设计了微分平坦控制器,同时将扰动观测器嵌入控制器中,进一步提高了系统对电路参数摄动和外部扰动等内外干扰的处理能力。最后应用灵敏度理论分析了变换器的稳定性,可知减小电感量、增大电容值有利于提高系统的稳定性。实验结果表明,与传统PI控制方法相比,本文所提控制方法对输入电压和输出电流扰动具有更强鲁棒性,输出电压纹波更小,且系统响应速度能提升近50%。本文研究对DC-DC变换器控制器的设计具有参考意义。     

基于PC机的位移传感器的线性补偿

在单自由度磁悬浮系统中,为了得到转子的稳定悬浮,必须由系统中的位移传感器提供转子的准确位置信息。这就要求对传感器测得的电压信号进行处理,电涡流传感器线性范围很小,在很大范围内是非线性的,从而限制了其测量范围。为了使转子能在很大范围内稳定悬浮,需要对传感器的信号作线性处理。文章根据所测得的电涡流位移传感器的特性曲线,用软件补偿的方法对此传感器进行线性补偿,从而扩大传感器的线性范围。实践表明,经此方法对传感器线性补偿后,扩大了转子的稳定悬浮范围。     

基于TMS320F2812的磁悬浮轴承系统数字控制器的研究

介绍了磁悬浮轴承系统数字控制器的组成和工作原理,在工作原理的基础上,建立了电磁轴承转子的单自由度数学模型,并完成了基于TMS320F2812处理器的控制系统的硬件方案设计与实现。在硬件实现的基础上,完成了数字控制器的软件设计,包括数字PID控制算法、A/D,D/A等。最后给出了数字控制器硬件、软件调试方法。     

基于双核处理器的主动磁悬浮轴承容错控制架构

为了满足针对多自由度磁悬浮支承系统的故障诊断与实时控制需求,提出一种基于异构的双核处理器ARM+DSP架构。硬件配置上以数字信号处理器(digital signal processing, DSP)作为从处理器执行多个环路的故障监测;而高级精简指令集处理器(advanced RISC Machines, ARM)作为主控制器执行转子位置控制算法,并根据从控制器的故障重构控制器而实现容错;软件结构上提出基于双核处理器的信息交互、任务分配与执行的设计方法,设计了双向中断来协调控制与监控代码间的执行时序。试验得到系统故障诊断与实时容错控制仅需1.8 ms,能够满足系统需求。试验结果证明了本研究所提出架构的有效性。     

基于有功负荷ON-OFF调制的电力系统稳定控制

有功负荷的ON -OFF调制有助于阻尼机电振荡 ,提高电力系统稳定性。这篇论文论述了应用滑模变结构控制理论设计一个ON -OFF控制器。该控制器利用发电机的转速作为输入来进行判断 ,通过断路器来控制有功负荷。其仿真试验是利用MATLAB中建立的单机无穷大系统模型完成的。试验结果表明 ,基于有功负荷ON -OFF调制的稳定控制在振荡过程中是有效的 ,它的实现与调整都十分简单     

主动磁轴承系统的滑模控制设计

主动磁轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑、无污染、寿命长等优点,在高速运动场合、低速洁净场合都有广泛的应用前景. 力求解决目前主动磁轴控制系统的非线性问题,提出了主动磁轴承系统的滑模控制,该方法使得磁悬浮轴承系统的鲁棒性和稳定性进一步提高. 首先介绍了磁轴承系统的结构和工作原理,建立了主动磁轴承的系统方程. 其次,对滑模控制进行具体分析,并讨论了滑模控制的可达条件和其稳定性分析. 仿真结果表明,滑模控制器具有良好的鲁棒性和快速性,基本满足磁轴承系统实时控制的要求.