磁悬浮电主轴的模糊控制策略研究

建立了五自由度磁悬浮电主轴试验系统,利用MATLAB工具箱分别仿真分析了模糊自适应PID和不完全微分PID控制策略对系统动态性能的影响,设计制作了基于TMS320F28335DSP的数字控制器硬件电路,分别编写了模糊自适应PID和不完全微分PID控制软件,完成了系统的高速旋转试验,对磁悬浮电主轴在两种控制策略下的同频振动和回转精度进行了对比研究。研究结果表明,采用模糊自适应PID控制策略可以提高磁悬浮电主轴的稳定性和回转精度。     

单自由度主动磁悬浮轴承的协同控制

经典PID或者结合其他算法的参数自整定PID是主动磁悬浮轴承最常用的控制方法,其方法简单且有一定的控制效果,但当外界出现干扰或者负载变化大时表现一般.针对此情况提出一种新的磁悬浮轴承控制方法——协同控制,适用于非线性、强耦合的系统,而且算法简单,易实现数字控制,设计出的控制器具有抗扰动鲁棒性强和稳态性好等优点,因此基于协同理论设计了单自由度主动磁悬浮轴承的协同控制器,并与经典PID控制器进行仿真与实验对比分析,结果验证协同控制器是适用于单自由度主动磁悬浮轴承的一种先进控制器.     

主动磁悬浮电主轴系统建模与控制参数分析

为实现磁悬浮电主轴的稳定悬浮运行并满足加工精度要求,通过对某型号主动磁悬浮电主轴的结构和控制原理进行研究,在忽略主轴转子磁化和磁漏等非线性因素影响的前提条件下,通过对主轴转子在磁悬浮轴承中的受力分析,建立了磁悬浮轴承的电磁支承力与轴承气隙偏移量及控制电流的表达式,对基于不完全微分PID控制的磁悬浮电主轴系统的临界转速与磁悬浮轴承的电磁刚度进行了定量研究,得到不同PID控制参数下,磁悬浮轴承支承刚度随涡动频率的变化曲线及固有频率随PID控制参数的变化曲线图。研究结果为磁悬浮电主轴控制系统进一步设计使用和分析优化提供了依据。     

龙门加工中心移动横梁模糊PID控制器的设计与仿真

磁悬浮系统是典型的非线性迟滞系统,针对其特点提出了可以显著降低悬浮磁铁功耗的电磁永磁混合悬浮技术.为了解决电磁铁线圈中的电流变化对总体刚度的影响,采用双闭环控制系统,即在位置环内引入电流环,构成位置电流双闭环系统.根据机床加工过程的特点,设计出符合机床悬浮横梁要求的模糊PID控制器.通过仿真结果的比较,可以看出采用模糊PID控制器提高了悬浮系统的刚度,能够满足机床磁悬浮横梁系统的精度要求.     

用于力矩负载模拟器的非均匀隶属度函数模糊PID控制器

为了抑制力矩负载模拟器的超调以及各种非线性,研究了非均匀隶属度函数模糊PID控制器.该控制器以模糊控制为基础,采用非均匀隶属函数进一步改善系统性能;采用指数函数切换的模糊PID消除系统稳态误差,避免切换时控制输出的突变.仿真和试验结果验证了控制器的有效性.     

可控磁路式永磁悬浮系统的模糊鲁棒控制

针对可控磁路式永磁悬浮系统多变量强耦合、非线性等特点,根据模糊PID控制器的设计思想,设计了一种基于鲁棒控制的模糊鲁棒控制器,可以在线调整控制器各参数。将该控制器与原鲁棒控制器进行仿真分析对比,结果表明该控制器可以使系统具有良好的鲁棒稳定性,实现系统对位移信号的跟踪和对外部扰动的抑制,适应被控对象的非线性和时变性,满足该悬浮系统的性能要求,与鲁棒控制器相比提高了系统的动态性能。     

磁悬浮无刷直流风力发电机Fuzzy-PID分级控制研究

磁悬浮系统是典型的非线性迟滞系统,难以建立精确的数学模型,应用常规PID控制难以取得良好的控制效果.为解决这一难题,针对磁悬浮系统设计出了Fuzzy-PID分级控制器,它结合了模糊控制超调小、稳定性和鲁棒性好以及PID控制快速性、精度高的优点;同时是一种无固定阈值无触点的切换方式,基于模糊规则的切换保证了两种控制方式间的平稳过渡,因而具有良好的跟踪设定值能力和较好的抗干扰能力.通过Matlab软件进行了磁悬浮无刷直流发电系统仿真,仿真结果表明,Fuzzy-PID分级控制增强了系统的抗干扰能力,具有很强的鲁棒性.     

龙门加工中心磁悬浮刚度控制的研究

大型龙门加工中心磁悬浮横梁刚度的要求不同于磁悬浮列车及其它磁悬浮装置的要求,针对其特点提出了可以显著降低悬浮磁铁功耗的电磁永磁混合悬浮技术.为了解决电磁铁线圈中的电流变化对总体刚度的影响,采用双闭环控制系统,即在位置环内引入电流环,构成位置电流双闭环系统.根据机床加工过程的特点以及模糊规则等控制器参数选定的繁琐性,设计出符合机床悬浮横梁要求的遗传算法模糊PID控制器.仿真结果表明,将遗传算法引入模糊PID控制器中可以提高悬浮系统的刚度,满足了机床磁悬浮横梁系统的精度要求;同时遗传算法的优化效果十分显著,使得模糊PID控制器各项参数的确定更具有综合性和科学性.     

三自由度混合电磁轴承的参数设计与控制系统实验研究

将永磁铁改为插槽式改进了三自由度混合轴承结构。设计系统的控制器,采用现代工业最常用的控制形式——传统PID控制、非线性补偿PID控制以及基于遗传算法的PID控制方法对电磁轴承的控制效果进行比较研究。利用MAT-LAB中的Simulink模块库对所设计的PID控制参数进行调试整定。结果表明:非线性补偿PID控制明显优于传统的PID控制,基于遗传算法的PID控制方法控制效果最优。     

模糊PID控制器的钝性稳定性分析

分析了非线性控制中经常使用的钝性稳定性定理.构造了一种PID型模糊控制器,并证明了其近似于一种变参数的PID控制器.利用模糊PID控制器与传统PID控制器的联系,以PID模型为基础,将钝性稳定性定理应用到模糊PID控制器的稳定性分析中,推导出了模糊PID控制器稳定的充分条件,对设计稳定的模糊PID控制器具有一定的参考意义.