时变滑模变结构和交叉耦合控制磁悬浮系统的控制方法

摘要

本发明的基于时变滑模变结构控制和交叉耦合的双电磁悬浮系统同步控制的装置包括：时变滑模变结构控制器：根据悬浮高度误差量输出悬浮系统的控制量，使移动横梁能快速、准确的悬浮到给定高度；交叉耦合同步控制器：调节两个电磁悬浮系统的同步性能；驱动器：将时变滑模变结构控制器和交叉耦合控制器的输出信号驱动双电磁悬浮系统；信号检测器：采集电磁悬浮系统的速度和位置信号。基于时变滑模变结构和交叉耦合双电磁悬浮系统同步控制方法发明内容包括：单电磁悬浮系统采用时变滑模变结构控制方法。本发明在保持滑模变结构控制器所具有的对参数摄动和外部不确定干扰具有强鲁棒性等良好的特性下，加快了系统的响应速度。

主权项

1.一种时变滑模变结构和交叉耦合控制磁悬浮系统的控制方法，其特征在于：单电磁悬浮系统采用时变滑模变结构控制方法，双电磁悬浮系统采用加速度、速度、气隙双三交叉耦合同步控制方法减小同步误差,具体包括如下步骤：（1）单电磁悬浮系统:直接驱动电磁悬浮系统的信号为位置信号，单电磁悬浮系统的采用时变滑模变结构控制方法来提高单电磁悬浮系统的快速性和鲁棒性，时变滑模变结构控制律为：u＝u_c+u_vss其中：u_c为线性控制律，表达式为：$u_c=[\mathrm{k\sigma }{+r}^3-\bar{\phi }x-\bar{d}+\underset{i=1}{\overset{2}{\Sigma }}{c}_i(x_{\mathrm{ri}+1}-x_{i+1})]/b_{\min }$u_vss为切换控制，表达式为：$u_{\mathrm{vss}}=(ϵ+|{\mathrm{\lambda \sigma }}_0{e}^{-\mathrm{\lambda t}}|/b_{\min })\mathrm{sgn}\left(\sigma \right)$选择合适的函数消除抖振；为了消除滑模变结构普遍存在的抖振问题采用饱和函数代替了符号函数，其中饱和函数为：（2）双电磁悬浮系统:(原来的描述功能的用语放在说明书里就可以了！建立双电磁悬浮系统交叉耦合定量关系,通过对两个电磁悬浮系统的受力分析和位移坐标变换可以得出当悬浮框架倾斜θ角度时，两个电磁悬浮系统的交叉耦合定量关系为：$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{··}{y}}_1\\ {\stackrel{··}{y}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-\frac{1}{m}-\frac{1}{m_{\theta }}& -\frac{1}{m}+\frac{1}{m_{\theta }}\\ -\frac{1}{m}+\frac{1}{m_{\theta }}& -\frac{1}{m}-\frac{1}{m_{\theta }}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\end{array}\right]$计算两个电磁悬浮系统的交叉耦合补偿控制量：电磁悬浮系统1对电磁悬浮系统2的交叉耦合控制量为：$\Delta W_2=(-\frac{1}{m}+\frac{1}{m_{\theta }})\frac{-u_{0}A{N}^2}{4}{\{\frac{u_1}{R+\frac{u_{0}A{N}^2}{{2y}_1}-\frac{u_0{\mathrm{AN}}^2}{y_1}}\}}^2{\stackrel{··}{y}}_1+\frac{-(u_1\frac{1}{l_0}+\frac{k_{i}s{y}_1}{l_0}-\frac{{\mathrm{\Delta i}}_1{l}_0}{R})\frac{k_i}{s}+k_y\Delta y_1-k_y{\mathrm{\Delta y}}_2}{-(u_2\frac{1}{l_0}+\frac{k_i{\mathrm{sy}}_2}{l_0}-\frac{{\mathrm{\Delta i}}_2{l}_o}{R})\frac{k_i}{s}}{f}_1$同理电磁悬浮系统2对电磁悬浮系统1的交叉耦合控制量为：$\Delta W_1=(-\frac{1}{m}+\frac{1}{m_{\theta }})\frac{-u_{0}A{N}^2}{4}{\{\frac{u_2}{R+\frac{u_{0}A{N}^2}{{2y}_2}-\frac{u_0{\mathrm{AN}}^2}{y_2}}\}}^2{\stackrel{··}{y}}_2+\frac{-(u_2\frac{1}{l_0}+\frac{k_{i}s{y}_2}{l_0}-\frac{{\mathrm{\Delta i}}_2{l}_0}{R})\frac{k_i}{s}+k_y\Delta y_2-k_y{\mathrm{\Delta y}}_1}{-(u_1\frac{1}{l_0}+\frac{k_i{\mathrm{sy}}_1}{l_0}-\frac{{\mathrm{\Delta i}}_2{l}_o}{R})\frac{k_i}{s}}{f}_2$两个电磁悬浮系统的速度、气隙同步误差分别为：$e_1=k_1({\stackrel{··}{y}}_1-{\stackrel{··}{y}}_2),e_2=k_2({\stackrel{·}{y}}_1-{\stackrel{·}{y}}_2),e_3=k_3(y_1-y_2)$其中为两个电磁悬浮系统的加速度、速度、气隙采集信号k₁,k₂,k₃代表加速度、速度、气隙增益；加速度、速度、气隙总同步误差为：E＝e₁+e₂+e₃双电磁悬浮系统同步误差补偿量为：W＝E×w其中E为输出总同步误差，w为同步误差补偿增益，W+ΔW₁和W+ΔW₂分别为两个电磁悬浮系统同步误差补偿量，将同步误差补偿量和时变滑模变结构控制器输出控制量u叠加来控制电磁悬浮系统；（3）,“（1）步骤”和“（2）步骤”所述的方法最终由嵌入控制电路DSP处理器中的控制程序实现，其控制步骤如下：步骤一：系统初始化；步骤二：开总中断；步骤三：检测是否有结束请求信号；如果有，转到步骤八；如果没有，继续；步骤四：检测是否有中断请求信号；步骤五：如果没有中断信号，则等待中断转回步骤四；步骤六：如果有中断，继续；步骤七：启动系统控制中断子程序；步骤八：关总中断；步骤九：结束。