混合悬浮系统及其数学模型的研究

本文首先介绍了磁浮列车的优势,重点阐述了混合悬浮控制系统的组成、特点和工作原理;然后详细介绍了悬浮控制器、悬浮传感器和永磁-电磁铁的电气特性;最后建立了混合悬浮控制系统的数学模型,并进行了简要分析。

基于DSP的高温超导混合悬浮系统的设计

设计了由高温超导线圈和常导线圈构成的吸力型混合悬浮系统的数字控制器.介绍了以定点数字信号处理器TMS320F2812为核心的数字控制器的硬件构成和软件设计.实验结果表明,在该控制器作用下,实现了高温超导混合悬浮系统18 mm的大气隙和低功耗稳定悬浮.

混合悬浮系统的自适应PID控制研究

根据混合磁铁的动力学方程和电磁铁绕组的电路方程,建立混合悬浮系统的动态模型,针对系统的开环不稳定性以及系统受到扰动时传统PID控制参数难以实时保证系统性能最优或接近最优的问题,设计了基于二次型性能指标的参数优化自适应PID控制器。仿真结果表明,在系统受到扰动时,该控制器能够实现控制参数的自适应调整,保证系统快速回到平衡位置,提高了系统的抗干扰能力和稳定性。

电磁永磁混合悬浮系统的滑模控制器设计

电磁和永磁组成的混合悬浮系统,悬浮能耗小,能够减少悬浮系统能量的损耗。本文建立了混合悬浮系统的数学模型,并采用了滑模控制器设计了混合悬浮控制系统,利用李亚普诺夫稳定性与极点配置结合的方法设计了系统的切换超平面和控制量,运用SIMULINK软件建立仿真模型并进行相关仿真实验,最后结合实际装置进行悬浮实验。

混合悬浮系统恒定气隙控制策略研究

本文对混合悬浮系统精确的数学模型进行了分析,分别对传统的PID直接反馈控制器和带状态观测器的状态反馈控制器进行了设计和比较,仿真结果表明,这两种控制器都能够使悬浮系统达到稳定,但是后者可以解决气隙速度信号估算的难题。

电磁-永磁混合磁悬浮系统的悬浮刚度研究

对电磁–永磁混合磁悬浮系统的悬浮刚度问题展开研究,基于混悬系统的力学模型,导出了悬浮刚度与永久磁铁的厚度、截面积、材料特性等因素及PID控制中的比例系数之间的约束关系,说明悬浮刚度大小对于混合磁悬浮系统控制功耗的影响,并分析了最优线性度下的最优悬浮刚度及最优比例系数的取值问题。分析结果表明,选取合理的永久磁铁结构及比例系数能提升系统的悬浮刚度,合理地增加悬浮刚度能降低混悬系统的控制功耗,同时提高系统的稳定性及承载能力。

混合磁悬浮球系统磁场数值计算

利用有限元法对混合磁悬浮球系统中的磁场及磁力进行了数值计算,并利用检测系统对混合磁悬浮球间隙中的磁感应强度、磁场力、控制电流进行了测量.测量数据与计算结果基本相符.研究结果可为进一步改进磁悬浮系统设计和降低控制功耗提供参考.

混合磁悬浮系统的H_∞控制器设计

鲁棒H∞控制通过引入3个加权函数矩阵,有效抑制了外界扰动和模型不确定性对控制性能的影响,从而使控制器具有鲁棒性。在分析了系统动态模型的基础上,通过合理选择加权函数,设计了混合磁浮系统的H∞控制器,并进行了仿真研究。仿真结果表明:与传统的比例-积分-微分,即PID控制器相比,采用鲁棒H∞控制理论设计的混合磁悬浮系统控制器有较好的动态性能、较快的响应速度和较强的鲁棒性。

基于FPGA的电-永磁混合磁悬浮系统过流检测及保护设计

研究了电-永磁混合磁悬浮系统的过流检测及保护问题,首先分析了造成混合磁悬浮系统过流的原因,同时结合实际系统的特点设计了相应的过流风险检测机制;其次探讨了针对过流风险的过流保护方法;最后利用FPGA实现了系统硬件平台设计。

基于LGWO混合磁悬浮系统PFC-PID控制优化研究

为了降低混合磁悬浮系统悬浮控制中因参数时变和干扰等因素引起不确定性问题的影响,实现快速高精度控制,采用PFC和PID控制相结合的方法,建立了具有比例、积分、微分结构的PFC-PID优化模型,并采取对决策层个体施加具有Levy飞行特征的方法对灰狼优化算法进行了改进,克服了原算法因易陷入局部最优而导致搜索精度偏低的问题,将改进后的灰狼优化算法对PFC-PID进行参数整定。仿真结果表明:PFC控制在0.43s处达到稳态,稳态误差为0.0026,优化后的PFC-PID控制在0.27s处即可达到稳态,稳态误差为0.0003,响应速度变快,稳态误差降低,系统性能得到提升。

永磁电磁混合型磁浮球的改进滑模控制方法

针对未知扰动引起永磁电磁混合悬浮系统控制性能下降问题,提出一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法 .首先,分析并搭建了永磁电磁混合悬浮型磁浮球控制实验台和系统理论模型;其次,引入了扩张状态观测器对系统扰动进行估计与控制补偿,采用积分滑模面和改进指数趋近律设计了改进滑模控制方法,削弱了滑模控制输出抖振,改善了磁浮球的动、静态性能,并分析了有无扩张状态观测器对扰动估计与补偿时的系统的稳定性和误差收敛大致范围;最后,通过半实物联合仿真技术对所提基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法、改进滑模控制方法、传统滑模控制方法和比例-积分-微分控制方法进行对比实验.理论分析和实验结果表明:所提基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法具有更强的稳定性和抗扰性,对外部磁场摄动具有更强的鲁棒性,在给定信号范围变化及突变时也具有更强的适应性.所提控制方法进一步提高了永磁电磁混合悬浮系统的控制性能,对于永磁电磁混合悬浮型磁浮球这一类非线性系统的控制也具有较好的参考价值.

基于Levant微分器的磁浮球控制算法研究

针对永磁电磁混合悬浮系统控制中因信号突变和噪声干扰引起的控制效果不理想等问题,提出一种改进型Levant微分器和PID相结合的控制方法(improve Levant-PID,ILevant-PID)。融合PID控制适应性强和Levant微分器对输入噪声的鲁棒特性优势,解决系统输出抖振问题,利用模拟退火-粒子群优化解决ILevant-PID控制器参数多、关联性强等制约问题。仿真实验表明:与传统PID控制方法相比,ILevant-PID控制方法在阶跃输入下,启动更为平缓,调节时间减小了41.19%,超调量减小了40.36%。ILevant-PID控制器在阶跃输入时有无噪声条件下的稳态误差分别为±0.37 mm及±0.23 mm,相对于PID降低了87%以上。在跟踪方波输入时,ILevant-PID可实现PID无法对8 mm给定信号无超调跟踪,较好地改善PEMS(permanent magnet electro magnetic hybrid suspension)系统控制性能。