混合励磁磁悬浮系统高刚度控制策略研究

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随着现代工业的不断发展,高精度工业的生产设备和高精度精密仪器对零件的加工精度要求越来越高,而且传统移动式数控机床的平台与静止导轨之间的摩擦对提高机床刚度具有反作用,因此本文将混合励磁磁悬浮技术应用到龙门移动式数控机床中,目的在于提高龙门移动式数控机床的刚度。而且,控制系统的品质对平台的控制精度和悬浮效果具有决定性作用,因而混合励磁磁悬浮平台的控制系统的研究对提高机床刚度也起到关键作用。首先,本文详细介绍了排斥型混合励磁磁悬浮系统和吸力型混合励磁磁悬浮系统的工作原理,并选择后者作为研究对象,建立单混合励磁磁悬浮系统的数学模型。其次,由于抖振现象,单独运用滑模变结构控制不能满足系统的控制要求。因此提出了混合励磁磁悬浮系统的自适应滑模控制。自适应滑模控制主要分为以下五步骤进行。第一步,确认滑模控制的切换面。第二步,求解出滑模控制的控制律的等效部分。第三步,利用自适应控制设计一个自适应法则来估测滑模控制的参数,将此估测参数代替滑模控制律的切换部分,得到完整的自适应滑模控制律。第四步,构建Lyapunov函数,证明该控制满足可达性条件。第五步,用MATLAB仿真验证该控制方法的可行性。再次,为了很大程度上降低抖振现象的负面影响,并且提高系统刚度,在前文自适应滑模控制的基础上,提出了基于HJI的鲁棒控制,引入表示系统鲁棒性能的L2增益J,J越小系统鲁棒性能越好,通过合理设计使其满足HJI不等式,完成控制理论,利用MATLAB仿真验证该控制方法的可行性。最后,将自适应滑模控制和基于HJI的自适应滑模鲁棒控制的仿真结果作对比,验证后者是否比前者提高混合励磁磁悬浮系统的刚度效果更好。
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