控制量的跟蹤微分器的參數使系統狀 態(tài)收斂到期望的系統狀態(tài)。
[0065]磁懸浮系統一般磁懸浮系統主要由懸浮電磁鐵、控制器、傳感器等組成，故一般將 磁懸浮系統等效為電磁鐵模型，而后在模型搭建模塊110搭建磁懸浮系統的電磁鐵模型為 三階非線性模型。
[0066]電流環(huán)模塊120,用于針對三階非線性模型引入電流環(huán)，即對電磁鐵線圈利用周期 性方波給出一個對應的電壓控制量，此時可以檢測出電磁鐵線圈中的電流上升時間，并將 電流上升時間反饋調節(jié)方波的周期，使電流上升的時間在規(guī)定的時間之內。
[0067] 使電磁鐵的電流能夠快速響應控制電壓的變化，減少系統的遲滯，同時達到將三 階非線性模型降為二階非線性模型的目的。
[0068] 處理模塊130中針對降階后的二階非線性模型采用近似線性跟蹤微分器的滑模變 結構控制，通過磁懸浮系統的狀態(tài)，然后根據磁懸浮系統的狀態(tài)位于開關曲線的不同位置 來選取不同的控制量。
[0069] 參數調節(jié)模塊140中調節(jié)確定控制量的跟蹤微分器的參數使系統滑動到滑模面后 順著滑模面收斂到期望的系統狀態(tài)。
[0070] 優(yōu)選的，調節(jié)參數為kcl、kc2，其中kcl=20，k c2=0 · 5。
[0071] 其中kc^Pku兩個合起來的作用是調節(jié)電流環(huán)的時間常數，希望其能夠減低，使得 引入電流環(huán)后，系統能夠降階段。
[0072] 上述實施例中的采用近似線性跟蹤微分器的滑模變結構控制便于工程實現，且能 夠根據系統狀態(tài)所處的位置不同，切換選取不同控制量，使磁懸浮系統在內部參數改變、外 界干擾和內部擾動時，磁懸浮系統仍能夠實現正常穩(wěn)定懸浮，具有較強的魯棒干擾能力。
[0073] 以下對采用線性跟蹤微分器的滑模變結構控制進行詳細說明。
[0074] 將上述實施例中電流環(huán)模塊120中所述二階非線性模型離散化后定義為公式(1):
其中，xdPx2組成相平面，相平面上的任意點為M(Xl，X2)，h為離散步長，r為u(k)的選取 范圍。
[0075] 將處理模塊130中開關曲線定義為公式(2):
將近似線性跟蹤微分器定義為公式(3)，記為Newfast3ex公式：
其中#為控制量，(1，&0，&，5^&，7,2都是中間變量無具體的含義。
[0076] 當系統狀態(tài)在相平面上的點M(X1，X2)落在兩步可達區(qū)內，選取兩步可達控制量定 義為公式(4): u ~~ζ ?h1 (4) 若系統狀態(tài)點在相平面上的點M(X1，X2)落在兩步可達外的點，選取變號控制量定 義為公式(5): u = -r sgn(a) (5) 當系統狀態(tài)在相平面上的點M(X1，X2)落在兩步可達區(qū)內，用公式(4)替換公式(3)中的 最后一行的控制量公式，若系統狀態(tài)點在相平面上的點M(X1，X2)落在兩步可達外的 點，用公式(5)替換公式(3)中的最后一行的控制量公式。
[0077] 再進一步的方案中，在參數調節(jié)模塊140中調節(jié)的參數為快速因子C1和濾波因子 c2,其中快速因子C1和濾波因子c2為公式(3)中Sy和S z推導過程中涉及到的中間變量。
[0078] 調節(jié)的參數為快速因子(^和濾波因子C2。
[0079]選擇多大的快速因子取決于受控對象的承受能力和提供的控制能力。
[0080] 優(yōu)選的，跟蹤微分器的快速因子取值為150,濾波因子的取值為5。
[0081] 以上對本發(fā)明所提供的一種磁懸浮系統的滑模變結構控制方法和裝置進行了詳 細介紹。
[0082] 本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說 明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。
[0083] 應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下， 還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍 內。
【主權項】
1. 一種磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，所述方法包括W下步驟： 步驟1:搭建磁懸浮系統的等效電磁鐵模型為=階非線性模型； 步驟2:針對=階非線性模型引入電流環(huán)，在使電磁鐵的電流能夠滿足響應時間要求， 同時將系統降為二階非線性模型； 步驟3:獲取磁懸浮系統的狀態(tài)，針對二階非線性模型，引入基于跟蹤微分器的滑模變 結構控制，即根據系統狀態(tài)位于開關曲線的的不同位置采取不同的控制量； 步驟4:調節(jié)確定控制量的跟蹤微分器的參數使系統狀態(tài)收斂到期望的系統狀態(tài)。2. 根據權利要求1所述的磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，將步驟2中 所述二階非線性模型定義為公式(1): j柳；)二刪+叫腳 2 其中，Xi和X2組成相平面，相平面上的任意點為M(xi，X2)，h為離散步長，r為u(k)的選取 范圍。3. 根據權利要求2所述的磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，將步驟3中 開關曲線定義為公式(2):(2) 將近似線性跟蹤微分器定義為公式(3):其中，U為控制量，d，a〇，a，Sy,Sz，y，Z都是中間變量無具體的含義。4. 根據權利要求3所述的磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，所述將二階 非線性模型根據系統狀態(tài)位于開關曲線的不同位置采取不同的近似線性跟蹤微分器的控 制量具體為： 當系統狀態(tài)在相平面上的點M(xi，X2)落在兩6.達區(qū)6.選取兩步可達控制量定義為公式 (4): 化古一二/冉~ (4) 若系統狀態(tài)點在相平面上的點M(X1，X2)落在兩步可達區(qū)Qr外的點，選取變號控制量定 義為公式巧）： U 三-"呂打(a) (5)。5. 根據權利要求4所述的磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，所述步驟4 中，調節(jié)的參數為快速因子Cl和濾波因子C2。6. -種磁懸浮系統的滑模變結構控制裝置，其特征在于包括模型搭建模塊，電流環(huán)模 塊、處理模塊和參數調節(jié)模塊，其中： 模型搭建模塊，用于搭建磁懸浮系統的等效電磁鐵模型為=階非線性模型； 電流環(huán)模塊，用于針對將模型搭建模塊生成的=階非線性模型引入電流環(huán)，在使電磁 鐵的電流能夠滿足響應時間要求，同時將系統降為二階非線性模型； 處理模塊，用于獲取磁懸浮系統的狀態(tài)，針對二階非線性模型，引入基于跟蹤微分器的 滑模變結構控制，即根據系統狀態(tài)位于開關曲線的不同位置采取不同的控制量； 參數調節(jié)模塊，用于調節(jié)處理模塊中確定控制量的跟蹤微分器的參數使系統狀態(tài)收斂 到期望的系統狀態(tài)。7. 根據權利要求6所述的磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，將電流環(huán)模 塊中所述二階非線性模型定義為公式(1):(1) 其中，Xi和X2組成相平面，相平面上的任意點為M(xi，X2)，h為離散步長，r為u(k)的選取 范圍。8. 根據權利要求7所述的磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，將處理模塊 中開關曲線定義為公式(2):(2) 將近似線性跟蹤微分器定義為公式(3):其中，"為控制量，d，a〇，a，Sy, Sz，y，Z都是中間變量無具體的含義。9. 根據權利要求8所述的磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，所述將二階 非線性模型根據系統狀態(tài)位于開關曲線的不同位置采取不同的近似線性跟蹤微分器的控 制量具體為： 當系統狀態(tài)在相平面上的點MUl，X2)落在兩步可達區(qū)內，選取兩步可達控制量定義為 公式(4): U = / h" (4) 若系統狀態(tài)點在相平面上的點M(X1，X2)落在兩步可達區(qū)Qr外的點，選取變號控制量定 義為公式巧）： 沾一 r.S 呂虹較)： （5)。10.根據權利要求9所述的磁懸浮系統的滑模變結構控制方法，其特征在于，所述參數 調節(jié)模塊中調節(jié)的參數為快速因子Cl和濾波因子C2。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁懸浮系統的滑模變結構控制方法和裝置，所述方法包括：步驟1：搭建磁懸浮系統的電磁鐵模型為三階非線性模型；步驟2：針對三階非線性模型引入電流環(huán)，在使電磁鐵的電流能夠滿足響應時間要求，同時將系統降為二階非線性模型；步驟3：獲取磁懸浮系統的狀態(tài)，針對二階非線性模型，引入基于跟蹤微分器的滑模變結構控制，即根據系統狀態(tài)位于開關曲線的不同位置采取不同的控制量；步驟4：調節(jié)確定控制量的跟蹤微分器的參數使系統狀態(tài)收斂到期望的系統狀態(tài)。便于工程實現，且能夠根據系統狀態(tài)所處的位置不同，切換選取不同控制量，使磁懸浮系統在內部參數改變、外界干擾和內部擾動時，系統仍能夠實現正常穩(wěn)定懸浮，具有較強的魯棒干擾能力。
【IPC分類】H02N15/00
【公開號】CN105515451
【申請?zhí)枴緾N201510994401
【發(fā)明人】龍志強, 李曉龍, 楊鑫, 謝云德, 張和洪, 戴春輝, 竇峰山
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月28日