主动电磁悬浮球系统的H_∞控制器

针对主动电磁悬浮球系统的鲁棒性问题,探讨了H∞控制器在该系统上的应用。首先建立了主动电磁悬浮球系统的线性化数学模型;然后对应H∞混合灵敏度框架,重点介绍了3个加权函数的双重意义及其对系统特性的影响,说明了H∞控制器的设计方法;并对一套实际系统设计了H∞控制器,对系统的性能进行了仿真和实验研究。研究结果表明,基于H∞控制器的主动电磁悬浮球系统具有较高的抗干扰性能和鲁棒稳定性。     

H∞控制理论在磁悬浮球系统中的应用

本文将H∞控制理论用于磁悬浮球系统,应用混合灵敏度方法设计了控制器,并进行了实验验证。     

H∞控制理论在磁悬浮轴承系统中的应用研究

讨论了鲁棒H∞控制理论灵敏度和补灵敏度加权因子的选择方法，设计了磁悬浮轴承系统的H∞控制器；研制了基于PC机的磁悬浮轴承实时数控系统，用C语言设计了H∞控制器的软件。仿真结果表明，采用H∞控制，系统具有良好的动态性能、较强的鲁棒性和抑制转子振动的能力。对一个五自由度的磁悬浮轴承系统进行试验研究，结果表明，采用H∞控制器成功实现了五自由度磁悬浮轴承系统的稳定悬浮，在最高转速30000r／min时转子的振动峰峰值小于60μm。     

锥形滚柱式混合磁悬浮轴承次优H∞鲁棒控制器的研究

介绍了一种新型结构的磁悬浮轴承－锥形滚柱式混合磁悬浮轴承的控制系统和控制原理，并对系统建立状态空间数学模型，通过H∞次优鲁棒控制理论，利用MATLAB提供的鲁棒控制工具，设计出系统在H∞范数边界γ内二次稳定的鲁棒H∞次优状态反馈控制器，并采用具有强大快速的运算处理能力和精炼指令集的DSP（TMS320F240）芯片实现对系统的实时控制。     

磁悬浮带钢系统的建模与鲁棒控制研究

以系统受3对电磁铁作用为例,分析了带钢受力后的运动情况,建立了一个3输入3输出的系统模型。采用H∞控制算法设计了控制器,通过实验分析表明,基于H∞控制理论设计的磁悬浮带钢系统具有良好的动态特性,外加脉冲干扰信号后系统能很快的恢复到平衡位置。     

径向磁悬浮轴承参数不确定控制的研究

研究了基于状态空间算法的径向磁悬浮轴承参数不确定H∞ 控制 ,将磁悬浮轴承的位移和速度变量直接反馈 ,设计了H∞ 状态反馈控制器 ,解决了轴向重载磁悬浮轴承系统中的关联不确定性问题。仿真结果表明 ,在所考虑的参数不确定范围内控制系统具有鲁棒稳定性。     

基于LMI的磁悬浮永磁直线电动机H∞鲁棒控制器的设计

针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于线性矩阵不等式( LMI)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器.首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.其次,根据H∞性能指标与线性矩阵不等式的等价性,将设计问题转化为对LMI的求解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器.最后,为了验证设计的有效性,在MATLAB环境下应用Simulink建立系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求.     

磁悬浮电主轴集成控制系统的动态性能研究

将磁轴承的位置控制和电流控制等环节集成到一片现场可编程门阵列(FPGA)芯片上,设计了基于FPGA的磁轴承集成控制器硬件结构。建立了磁悬浮电主轴的数学模型,并根据其动态性能要求,编写了基于Verilog代码的H∞控制算法,实现了五自由度磁悬浮电主轴在60 000r/min长期稳定运转,并且转子振动幅值小于2μm。研究结果表明,采用基于FPGA集成控制器的H∞控制策略能够提高磁悬浮电主轴的动态性能。     

电励磁直线同步电动机磁悬浮系统H∞鲁棒控制的研究

为解决电励磁直线同步电动机磁悬浮系统状态变量之间的非线性和不确定性扰动问题,提出一种磁悬浮系统H_∞鲁棒控制方法。由电励磁直线同步电动机磁悬浮系统的运行机理,建立电励磁直线同步电动机悬浮系统的悬浮力方程和运动方程,推导悬浮系统的状态空间模型,针对状态空间模型的非线性,在平衡工作点处对其进行线性化,将系统对扰动的抑制问题归结为H_∞鲁棒控制器的设计,通过解Riccati不等式的正定解,得到悬浮系统的H_∞鲁棒控制器。最后,采用MATLAB/Simulink软件进行仿真研究,通过与PI控制比较,结果证明H_∞鲁棒控制方法可使电励磁直线同步电动机具有良好的抑制扰动的能力。     

参数不确定4WS系统的鲁棒H∞控制

针对轮胎参数的不确定性，建立基于轮胎参数变化的汽车四轮转向系统不确定模型，同时进行分析，并将参数不确定性问题转化为基于干扰抑制的H∞控制问题，运用H∞控制理论的分析方法，通过求解Riocati方程设计基于参数变化的动态鲁棒H∞控制器。仿真结果表明所设计的控制器能够很好地抑制轮胎参数的不确定性。     

斥力式混合磁悬浮系统的建模与H_∞控制

针对斥力式的永磁电磁混合磁悬浮系统,基于永磁材料的线性退磁特性,对其结构进行磁路分析,推导了其悬浮力的解析模型。通过有限元分析获得其在水平和垂直方向上悬浮力与位移和电流的关系,由此对模型参数进行辨识,从而建立了由永磁铁和电磁线圈构成的混合磁悬浮系统的数学模型。考虑到系统易受到外界动态以及本身建模误差的影响,设计了一种混合灵敏度H_∞控制器。通过仿真表明,与PID控制相比,H_∞控制超调小,稳定时间短,能使系统控制稳定。最后实验结果显示,所设计的控制器提高了斥力式混合磁悬浮的稳定性能,具有抵御外界扰动的能力,提高了控制系统的鲁棒性。     

H∞混合灵敏度控制在液压伺服系统中的应用

运用H∞混合灵敏度控制理论，针对液压伺服系统的特点，通过仿真，总结了一般加权阵的选取规律和方法，提出采用线性矩阵不等式设计典型电液位置伺服系统H∞控制器的计算方法，并设计了控制器，使系统在保证鲁棒稳定性的同时可以确保系统的瞬态性能指标。通过 设计举例说明了控制器的设计方法，并通过与原系统参数摄动时系统特性的比较，验证了H∞控制器不仅可以提高系统的频宽，改善系统的响应速度,而且可以改善参数变化对系统性能的影响，从而说明际H∞控制器的有效性。     

基于MATLAB的磁悬浮球实时控制设计及实验研究

对单自由度磁悬浮系统进行研究是研究磁悬浮技术的一个有效方法.根据磁力轴承基础理论建立单自由度磁悬浮球系统模型,在MATLAB/SIMULINK环境下进行控制仿真分析,设计MATLAB实时控制器,利用可视化操作界面和实时监控调试程序来整定PID参数,并采用变参数PID控制方法实现了磁悬浮球系统的实时控制,使球在4 s内达到±0.01 mm精度的稳定悬浮状态.     

H2/H∞混合控制在双振动台解耦控制中的应用

研究了基于H2／H∞混合控制的振动台解耦控制器的设计方法，用缩减了高阶模态的降阶模型所设计的控制器对原系统进行解耦控制，引入了模型不确定性，克服了传统的基于模型逆的解耦控制系统鲁棒性能较差的缺点。利用双自由度控制结构的特点，将问题分解为H2和H∞两个最优控制器的设计过程，简化了问题求解的复杂性；通过整形技术提高了解耦控制的效果。与单步设计方法相比，这一双步设计方法更容易实现也更具有灵活性，能进一步提高系统的控制性能。仿真结果表明混合H2／H∞解耦控制方法不仅具有良好的解耦性能，而且能够有效控制结枸振动高阶模态的溢出。     

机敏约束阻尼结构的模糊H_∞控制器研究

机敏约束阻尼(SCLD)结构对结构的振动控制具有非常广阔的前景,性能优良的控制器对控制效果有着重大影响。鲁棒H∞控制的特点是在众多不确定因素下仍具有很好的鲁棒性,然而SCLD结构的有限元模型自由度数目较大,且实验时所用的传感器数目有限,通过研究发现,能够兼顾系统鲁棒性和良好的控制效果的控制策略难以实现。模糊控制是依赖于研究者的经验和实验的反复调试而设计出的控制算法,其灵活性较大,以LQR算法的输入输出关系为依据,通过反复的调试而设计出模糊控制算法,再与鲁棒H∞结合,对鲁棒H∞算法做了加权形式的修正,实现了单一H∞控制难以实现的控制效果,实验证明,模糊鲁棒H∞控制方法对加速度响应具有良好的控制效果,对振动的抑制效果大于5 dB,这对SCLD结构寻求性能良好的控制器具有借鉴意义。     

基于LPV/H_∞控制的EPS系统及其硬件在环研究

建立了电动助力转向(EPS)系统和二自由度车辆的线性变参数(LPV)模型,设计了LPV/H∞鲁棒控制器,重点考虑了EPS系统本身参数摄动对其性能的影响;基于MATLAB对所采用的控制方法进行了仿真。仿真结果表明,LPV/H∞控制方法比一般的H∞方法具有更好的鲁棒性,可使转向系统的助力性能和路感得到提高,车辆的转向操纵稳定性也得到明显改善;基于LabVIEW PXI系统建立了EPS系统硬件在环试验台,在硬件在环试验台上,采用共轭梯度法实现了LPV/H∞控制方法的硬件在环试验,试验结果同样证明了所采用的控制算法的有效性。     

基于H_∞控制理论混凝土约束收缩控制器设计

介绍H∞控制理论以及基本算法,对混凝土约束收缩系统进行建模,进而设计了基于H∞控制理论的控制器。模拟仿真表明H∞控制能加快系统的响应时间,改善系统性能,对外界干扰以及模型的不确定性具有鲁棒性。最后,通过对混凝土约束收缩过程中所采集的位移和力的数据分析,说明了H∞控制器能更好地抑制外界波动的影响,实现了混凝土来回约束收缩10μm的高精度控制要求,从而验证了此H∞控制器的可靠性。     

磁悬浮系统的变速趋近律滑模控制

为了抑制常规滑模控制在磁悬浮系统控制中的抖振问题,应用一种变速趋近律方法设计磁悬浮系统滑模控制器.控制器将系统的状态范数引入滑模控制律,以自动调整变结构切换控制项的增益,控制信号抖振幅值能够逐步衰减,并引导系统渐近稳定到原点;利用Lyapunov稳定性理论验证了系统的稳定性,并给出了控制器参数设计的依据;仿真实验结果表明,基于变速趋近律的磁悬浮系统滑模控制策略具有良好的动、静态性能和较强的鲁棒性.     

H∞混合灵敏度的鲁棒性设计及在挠性系统控制中的应用

标准H∞混合灵敏度设计只能保证系统的鲁棒稳定性和标称性能,而在实际系统中鲁棒性能也是很重要的.基于此,研究了在SISO系统中如何通过H∞混合灵敏度设计,使系统获得与μ综合相当的鲁棒稳定性和性能,得到使用H∞混合灵敏度设计来保证系统鲁棒性能需要满足的一个数量关系.由于挠性系统具有弱阻尼的谐振模态而不易控制,尤其是当谐振频率和阻尼比摄动时,系统的性能更不易保证,以存在挠性摄动的飞行器俯仰角控制为例验证了本文方法的正确性和有效性.     

磁悬浮系统的积分滑模自抗扰控制

针对磁悬浮系统存在着非线性、时滞和易受到其它不确定性因素干扰的问题，首先建立了单自由度的磁悬浮系统模型，提出一种基于积分滑模自抗扰的位置控制算法。算法利用扩张状态观测器对悬浮球的位置和未知干扰进行估计，再将估计的位置信息和干扰项用于控制的反馈和控制量的补偿。将积分滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中，设计了积分滑模自抗扰控制器，并根据Lyapunov理论对控制系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明，所设计的积分滑模ADRC控制器实现了对磁悬浮球的位置控制，对系统存在的内外扰动和不确定性具有较强的鲁棒性，同时能对设定位置信息进行跟踪，并有较好的动态特性。