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专利号: 201910916619X
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种推力主动磁悬浮轴承的积分模糊滑模控制方法,其特征在于,包括:步骤1,根据推力主动磁悬浮轴承转子在X方向上的位移,计算转子X方向上的力学方程,通过拉氏变换得到推力主动磁悬浮轴承的传递函数;

步骤2,将推力主动磁悬浮轴承的传递函数转换成状态方程;

步骤3,根据状态方程,计算积分模糊滑模控制器的第一输出;

步骤4,根据积分滑模面的参数和所述第一输出,通过模糊规则调节等效控制和切换控制权重,计算积分模糊滑模控制器的第二输出,利用所述第二输出来控制推力主动磁悬浮轴承转子的位置。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1包括:根据推力主动磁悬浮轴承转子在X方向上的位移x,计算转子X方向上的力学方程:通过拉氏变换得到拉氏变换式:

ms2X(s)=KxX(s)+KiI(s);

进而得到推力主动磁悬浮轴承的传递函数G(s):其中,x表示的是转子在X方向上的位移,m是转子质量, 为转子位移的二阶导数,i是X方向上的控制电流,Kx为力位移刚度系数,Ki为力电流刚度系数,s是推力主动磁悬浮轴承转子的传递函数的变量,X(s)表示传递函数的输出量,I(s)表示传递函数的输入量。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2所述的状态方程的表达式为:其中,转子位移x的矩阵 是转子位移x的一阶导数,矩阵 为矩阵X的一阶导数,矩阵 矩阵 矩阵U′为积分模糊滑模控制器的第二输出u′的矩阵,m是转子质量,Kx为力位移刚度系数,Ki为力电流刚度系数。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3包括:步骤301,根据状态方程计算参考位置指令 和位置误差其中Xr为参考位置指令xr的矩阵形式, 为参考位置指令xr的一阶导数,X为转子位移x的矩阵形式,E为位置误差e的矩阵形式,为位置误差e的一阶导数;

步骤302,定义积分滑模面w的公式为 其中,积分滑模面参数k1和k2为非零正常数,t是代表转子运行的时间,0代表转子开始运行, 为参考位置指令xr的二阶导数;

计算积分滑模面w的一阶导数:

其中x表示的是转子在X方向上的位移,m是转子质量,为转子位移的一阶导数,Kx为力位移刚度系数,Ki为力电流刚度系数,u为积分模糊滑模控制器的第一输出;

令积分滑模面w的一阶导数 计算等效控制器的输出为:步骤303,计算切换控制器的输出:

us=mηsgn(w)/(Kik2),

其中,m是转子质量,η为大于零的常数,sgn(·)为符号函数;

步骤304,计算积分模糊滑模控制器的第一输出u为:u=ueq+us,

其中,ueq为等效控制器的输出,us为切换控制器的输出;所述第一输出u的稳定性判定公式为:

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4包括:步骤401,根据积分滑模面w的参数k1和k2,以及积分模糊滑模控制器的第一输出u,确定模糊控制器的模糊规则Rule n为Rule n:IF w is THEN u is αn,其中, 和αn分别为输入和输出的模糊集合,n表示N个模糊规则中的第n个;

步骤402,采用重心法进行反模糊化,得到模糊控制器的输出:其中,ωn和αn分别为第n条规则中前提和结论的隶属度;

步骤403,计算积分模糊滑模控制器的第二输出:u′=ueq+ufzus,

其中ueq为等效控制器的输出,us为切换控制器的输出,ufz为模糊控制器的输出;

步骤404,将积分模糊滑模控制器的第二输出u′作为控制信号,作用到推力主动磁悬浮轴承系统中来改变转子位置。

6.一种推力主动磁悬浮轴承的积分模糊滑模控制设备,与推力主动磁悬浮轴承相连接,其特征在于,包括:磁悬浮轴承转子的力学转换模块,用于计算X方向上推力主动磁悬浮轴承转子的力学方程,通过拉氏变换得到推力主动磁悬浮轴承的传递函数;将传递函数转换成状态方程;

积分模糊滑模控制器,包括等效控制器、切换控制器和模糊控制器,用于根据状态方程,计算积分模糊滑模控制器的第一输出;根据积分滑模面的参数和所述第一输出,通过模糊规则得到模糊控制器的输出,使用模糊控制器的输出调节等效控制器和切换控制器的权重,计算积分模糊滑模控制器的第二输出;利用所述第二输出来控制推力主动磁悬浮轴承转子的位置。

7.根据权利要求6所述的设备,其特征在于,磁悬浮轴承转子的力学转换模块具体用于:根据推力主动磁悬浮轴承转子在X方向上的位移x,计算转子X方向上的力学方程:通过拉氏变换得到拉氏变换式:

ms2X(s)=KxX(s)+KiI(s);

进而得到推力主动磁悬浮轴承的传递函数G(s):其中,x表示的是转子在X方向上的位移,m是转子质量,为转子位移的二阶导数,i是X方向上的控制电流,Kx为力位移刚度系数,Ki为力电流刚度系数,s是推力主动磁悬浮轴承转子的传递函数的变量,X(s)表示传递函数的输出量,I(s)表示传递函数的输入量;

将传递函数转换成状态方程为:

其中,转子位移x的矩阵 是转子位移x的一阶导数,矩阵 为矩阵X的一阶导数,矩阵 矩阵 矩阵U′为积分模糊滑模控制器的第二输出u′的矩阵,m是转子质量,Kx为力位移刚度系数,Ki为力电流刚度系数。

8.根据权利要求6所述的设备,其特征在于,所述积分模糊滑模控制器根据状态方程,计算积分模糊滑模控制器的第一输出包括:根据状态方程计算参考位置指令 和位置误差 其中Xr为参考位置指令xr的矩阵形式, 为参考位置指令xr的一阶导数,X为转子位移x的矩阵形式,E为位置误差e的矩阵形式,为位置误差e的一阶导数;

定义积分滑模面为 其中,k1和k2为非零正常数,t是代表转子运行的时间,0代表转子开始运行, 为参考位置指令xr的二阶导数;

计算积分滑模面w的一阶导数:

其中,x表示的是转子在X方向上的位移,m是转子质量, 为转子位移的一阶导数,Kx为力位移刚度系数,Ki为力电流刚度系数,u为积分模糊滑模控制器的第一输出;

令积分滑模面w的一阶导数 计算等效控制器的输出为:计算切换控制器的输出:

us=mηsgn(w)/(Kik2),

其中,m是转子质量,η为大于零的常数,sgn(·)为符号函数;

计算积分模糊滑模控制器的第一输出u为:

u=ueq+us,

其中,ueq为等效控制器的输出,us为切换控制器的输出;所述第一输出u的稳定性判定公式为:

9.根据权利要求6所述的设备,其特征在于,所述积分模糊滑模控制器计算积分模糊滑模控制器的第二输出包括:根据积分滑模面w的参数k1和k2,以及积分模糊滑模控制器的第一输出u,确定模糊控制器的模糊规则Rule n为Rule n:IF w is THEN u is αn,其中, 和αn分别为输入和输出的模糊集合,n表示N个模糊规则中的第n个;

采用重心法进行反模糊化,得到模糊控制器的输出:其中,ωn和αn分别为第n条规则中前提和结论的隶属度;

计算积分模糊滑模控制器的第二输出:

u′=ueq+ufzus,

其中,ueq为等效控制器的输出,us为切换控制器的输出,ufz为模糊控制器的输出。