磁悬浮轴承柔性转子系统的H_∞控制研究

论文摘要

本文将H∞控制理论引入磁悬浮轴承柔性转子系统中,在考虑系统模型的不确定性和外界干扰的情况下设计了系统的H∞控制器,研究了H∞控制策略对磁悬浮轴承柔性转子系统动态性能的影响。在建立磁悬浮系统数学模型的基础上,根据混合灵敏度方法,同时考虑系统低频参数不确定性、高频未建模动态的不确定性和外界干扰,选取了适当的加权函数,利用MATLAB计算得到系统各个自由度的H∞控制器,分析了该H∞控制下系统的动态特性与抗干扰能力。推导了等效刚度和等效阻尼的公式,计算出H∞控制下系统等效刚度和等效阻尼随转速变化的曲线,同时根据集总参数法建立了磁悬浮轴承柔性转子系统的数学模型,并以此编程计算出系统的模态振型和不平衡响应。在理论分析的基础上,将获得的H∞控制器应用于磁悬浮试验系统中,编写基于TMS320F2812DSP的H∞控制程序,完成了系统静态悬浮试验和高速旋转试验,讨论了控制参数对系统动态性能的影响。研究结果表明, H∞控制下磁悬浮轴承具有较大的等效刚度和等效阻尼,有利于减小转子的振动,试验系统能够安全稳定地越过二阶临界弯曲转速,且具有良好的鲁棒稳定性和振动抑制能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文研究背景
• 1.2.1 磁悬浮轴承柔性转子系统研究现状
• 1.2.2 磁悬浮轴承金属橡胶环组合支承系统
• ∞控制'>1.2.3 H_∞控制
• 1.3 论文的研究方法和内容安排
• 第二章 磁悬浮轴承柔性转子系统
• 2.1 磁悬浮系统工作原理
• 2.2 磁悬浮系统机械结构
• 2.2.1 组合支承系统的结构
• 2.2.2 柔性转子
• 2.3 传感器
• 2.4 功率放大器
• 2.5 A/D、D/A 转换器
• 2.6 控制器
• 2.7 本章小结
• ∞控制器设计'>第三章 磁悬浮柔性转子系统的H_∞控制器设计
• 3.1 轴承转子系统数学模型
• ∞控制问题描述'>3.2 混合灵敏度H_∞控制问题描述
• ∞控制问题'>3.2.1 H_∞控制问题
• 3.2.2 混合灵敏度优化问题
• ∞控制'>3.2.3 输出反馈H_∞控制
• 3.3 加权函数的选择
• 3.3.1 加权函数的一般选择原则
• 3.3.2 加权函数的选择
• ∞控制器设计与仿真'>3.3.3 H_∞控制器设计与仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 磁悬浮轴承转子系统的动力学分析
• ∞控制磁悬浮轴承的刚度和阻尼'>4.1 H_∞控制磁悬浮轴承的刚度和阻尼
• 4.2 磁悬浮组合支承柔性转子系统运动方程
• 4.2.1 转子的离散化模型
• 4.2.2 系统的运动微分方程
• 4.3 系统的模态振型
• 4.4 系统的不平衡响应
• 4.5 本章小结
• 第五章 控制器实现与系统试验研究
• 5.1 试验系统介绍
• 5.1.1 TMS320F2812DSP 简介
• 5.1.2 采样周期
• ∞控制器离散化'>5.1.3 H_∞控制器离散化
• 5.1.4 控制程序设计
• 5.1.5 试验注意事项
• ∞控制试验研究'>5.2 H_∞控制试验研究
• 5.2.1 静态悬浮试验
• 5.2.2 高速旋转试验
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作和结论
• 6.2 进一步展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文