本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種磁懸浮魯棒控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的pid控制方法基于實(shí)際值與目標(biāo)值的偏差量，通過(guò)線(xiàn)性調(diào)節(jié)、歷史偏差量的累積以及偏差變化速率對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。然而，其控制方式較為簡(jiǎn)單，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中的多種非線(xiàn)性和不確定性問(wèn)題。

2、隨著磁懸浮電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，新一代磁懸浮電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中表現(xiàn)出更復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性，例如參數(shù)變化大、動(dòng)態(tài)特性轉(zhuǎn)化明顯、傳感器負(fù)載過(guò)高，以及不可預(yù)測(cè)的外部干擾，這些問(wèn)題導(dǎo)致傳統(tǒng)pid控制方法在控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能方面難以滿(mǎn)足實(shí)際需求，尤其是在面對(duì)模型不確定性和外部干擾時(shí)，系統(tǒng)容易出現(xiàn)性能下降甚至失穩(wěn)的情況，同時(shí)，傳統(tǒng)方法難以對(duì)靈敏度函數(shù)、補(bǔ)靈敏度函數(shù)和控制信號(hào)的傳遞函數(shù)進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，導(dǎo)致系統(tǒng)在低頻擾動(dòng)抑制、高頻噪聲抑制以及控制信號(hào)幅值限制等方面的性能不足，因此，亟需一種能夠基于靈敏度函數(shù)、補(bǔ)靈敏度函數(shù)和控制量傳遞函數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)的魯棒控制方法，以提高磁懸浮電機(jī)系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的魯棒性、動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。

3、因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種磁懸浮魯棒控制系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種磁懸浮魯棒控制系統(tǒng)，以解決上述的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：

3、一種磁懸浮魯棒控制系統(tǒng)，采用混合靈敏度h∞控制方法，方法步驟如下：

4、s1：建立系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)g和魯棒控制器k，其中g(shù)為系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，k為系統(tǒng)的魯棒控制器；

5、s2：計(jì)算靈敏度函數(shù)s，所述靈敏度函數(shù)s為系統(tǒng)從參考輸入r到跟蹤誤差e的傳遞函數(shù)；

6、s3：計(jì)算補(bǔ)靈敏度函數(shù)t，所述補(bǔ)靈敏度函數(shù)t為系統(tǒng)從參考輸入r到輸出y的傳遞函數(shù)；

7、s4：計(jì)算控制量傳遞函數(shù)r，所述控制量傳遞函數(shù)r為系統(tǒng)從參考輸入r到控制量u的傳遞函數(shù)；

8、s5：基于靈敏度函數(shù)s、補(bǔ)靈敏度函數(shù)t和控制量傳遞函數(shù)r的聯(lián)合優(yōu)化，設(shè)計(jì)魯棒控制器k；

9、所述系統(tǒng)的參考輸入r對(duì)跟蹤誤差e、系統(tǒng)輸出y和控制量u的傳遞函數(shù)分別為：

10、r到e的傳遞函數(shù)：

11、r到y(tǒng)的傳遞函數(shù)：

12、r到u的傳遞函數(shù)：

13、其中，s和t分別為系統(tǒng)的靈敏度函數(shù)和補(bǔ)靈敏度函數(shù)，且s+t＝i；

14、所述系統(tǒng)從參考輸入r到評(píng)價(jià)信號(hào)z的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣p表達(dá)為：

15、

16、其中，w1為靈敏度加權(quán)函數(shù)，用于優(yōu)化靈敏度函數(shù)s，w1具體為：

17、其中，a>0，b>0；

18、所述加權(quán)函數(shù)w1的參數(shù)最終選擇為：

19、

20、w2為線(xiàn)性加權(quán)函數(shù)，用于限制控制量u的幅值，w2具體為：

21、w2＝c，其中，c>0；

22、所述加權(quán)函數(shù)w2的參數(shù)最終選擇為：

23、w2＝10-5；

24、w3為補(bǔ)靈敏度加權(quán)函數(shù)，用于優(yōu)化補(bǔ)靈敏度函數(shù)t，w3具體為：

25、其中，m>0，n>0，k>0；

26、所述加權(quán)函數(shù)w3的參數(shù)最終選擇為：

27、

28、w1、w2、w3加權(quán)后的評(píng)價(jià)信號(hào)分別為z1、z2、z3。

29、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述魯棒控制器k的設(shè)計(jì)過(guò)程包括：

30、建立磁懸浮系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，獲得開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)g；

31、利用matlab/simulink環(huán)境和魯棒控制工具箱計(jì)算最優(yōu)魯棒控制器k；

32、通過(guò)s-function模塊將控制器算法移植到數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

33、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

34、本方案通過(guò)采用魯棒控制的混合靈敏度控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁懸浮電機(jī)的全面優(yōu)化，通過(guò)靈敏度函數(shù)和補(bǔ)靈敏度函數(shù)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)有效抑制了低頻擾動(dòng)和高頻噪聲，使系統(tǒng)能夠在廣泛的頻段內(nèi)展現(xiàn)卓越的魯棒性，增強(qiáng)了抗模型不確定性和外部干擾的能力；通過(guò)優(yōu)化控制量的傳遞函數(shù)，限制了控制信號(hào)幅值，避免了執(zhí)行器飽和和損壞的問(wèn)題；結(jié)合模型預(yù)測(cè)控制的高精度和快速響應(yīng)特性，顯著提升了電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，使系統(tǒng)具備更高的響應(yīng)速度、更小的超調(diào)量和接近零的穩(wěn)態(tài)誤差，最終實(shí)現(xiàn)了磁懸浮電機(jī)在復(fù)雜工況下的高精度、高魯棒性和高穩(wěn)定性控制，滿(mǎn)足新一代磁懸浮電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用需求。

技術(shù)特征：

1.一種磁懸浮魯棒控制系統(tǒng)，其特征在于：采用混合靈敏度h∞控制方法，方法步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮魯棒控制系統(tǒng)，其特征在于：所述魯棒控制器k的設(shè)計(jì)過(guò)程包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁懸浮魯棒控制系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)采用魯棒控制的混合靈敏度控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁懸浮電機(jī)的全面優(yōu)化，通過(guò)靈敏度函數(shù)和補(bǔ)靈敏度函數(shù)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)有效抑制了低頻擾動(dòng)和高頻噪聲，使系統(tǒng)能夠在廣泛的頻段內(nèi)展現(xiàn)卓越的魯棒性，增強(qiáng)了抗模型不確定性和外部干擾的能力；通過(guò)優(yōu)化控制量的傳遞函數(shù)，限制了控制信號(hào)幅值，避免了執(zhí)行器飽和和損壞的問(wèn)題；結(jié)合模型預(yù)測(cè)控制的高精度和快速響應(yīng)特性，顯著提升了電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，使系統(tǒng)具備更高的響應(yīng)速度、更小的超調(diào)量和接近零的穩(wěn)態(tài)誤差，最終實(shí)現(xiàn)了磁懸浮電機(jī)在復(fù)雜工況下的高精度、高魯棒性和高穩(wěn)定性控制，滿(mǎn)足新一代磁懸浮電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：黃卓亞,方宇星,應(yīng)卓霖,王步明,蔣欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湘潭華聯(lián)電機(jī)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15