基于改进跟踪微分器的电磁悬浮控制系统研究

在电磁悬浮(EMS)控制系统中,如何实现间隙及间隙微分信号的有效提取是提升系统控制性能的关键问题。针对当前跟踪微分器(TD)存在的综合控制函数形式复杂、参数整定繁琐、输出存在抖振等问题,设计了一种改进的非线性跟踪微分器,旨在提升传感器信号的提取质量。首先通过引入反平方根函数与终端吸引子函数,设计了新型的跟踪微分器。之后应用稳定性理论对改进跟踪微分器的收敛性进行验证,并通过扫频测试进行频域特性分析,明确了该跟踪微分器的参数整定原则。最后进行了闭环控制系统仿真与实物验证,结果表明,ISRU-TD相对于其他3种TD方法在稳态误差方面表现出显著优势。输出位置信号的稳态误差减小了92.58%,相对于ATD减小了18.18%,相对于Fhan-TD减小了42.55%,而与HSTD相比则增加了3.7%。此外,ISRU-TD使输出位置信号的调节时间显著减小,相对于ATD减小了38.68%,相对于Fhan-TD减小了61.99%,相对于HSTD减小了58.06%。表明其具有出色的信号跟踪和噪声抑制能力。     

电磁悬浮系统的改进滑模控制方法

针对电磁悬浮系统存在的非线性、模型不准确性以及复杂运行工况对控制精度的影响,提出一种改进滑模变结构控制策略。通过对电磁悬浮系统进行建模分析设计,基于滑模变结构控制方法的位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,设计一种分段式变速趋近律,减小悬浮气隙跟踪误差和控制系统抖振,并引入速度状态量来降低控制系统在滑动模态初期过大的趋近速度。仿真和硬件实验结果表明,在采用改进滑模变结构控制策略后,系统的调节时间比传统滑模控制减少了60%,超调量减少了77%,具有更小的稳态误差和抖振,同等干扰情况下具有更强的抗扰动能力。本方法不仅能够有效提高电磁悬浮系统的控制性能,对于其他非线性控制系统也具有较好的参考价值。