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磁悬浮轴承系统的模型辨识与控制

2021-07-22周亮甘杨俊杰

轴承 2021年1期
关键词:模型系统设计

周亮,甘杨俊杰

(中车株洲电机有限公司,湖南 株洲 412000)

磁悬浮轴承因具有无摩擦、无磨损以及无需润滑等一系列优点,在高速主轴、气体压缩机、人工心脏泵、飞轮储能等领域广泛应用[1]。磁悬浮轴承本质上是一个非线性不稳定系统,需要设计控制器构成闭环反馈控制。除了工业上常用的PID型控制器(比例-积分-微分控制器)及其改进类型,模糊控制、神经网络控制、滑模控制、鲁棒控制等现代控制方法也可实现磁悬浮轴承的稳定控制,控制精度取决于控制器参数[2-6]。控制器参数可以通过试错法或根据工程经验确定,也可通过极点配置法设计,极点配置法设计的控制器控制性能取决于模型的准确性。

磁悬浮轴承建模时的简化处理会导致理论模型与系统实际特性有较大差异,主要体现在两方面:1)理论模型的结构与实际系统有差异[7];2)模型参数的理论值与实际值有差异[8]。故基于模型进行控制器设计时,提高控制器性能的前提是获取精确的系统模型。

模型辨识是获取精确系统模型的方法之一,具有操作简单,辨识精度高等优点。模型辨识将辨识对象看成一个“黑盒子”,通过施加特定的激励以及测量其响应,得到准确的系统输入输出关系。模型辨识分为两大类:1)已知系统的模型结构,只需通过辨识确定模型的参数值;2)模型的结构和参数均未知,两者都需要通过辨识确定。如文献[9]采用基于转子不平衡响应的方法对磁悬浮轴承的刚度和阻尼系数进行辨识。……

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