无轴承电机支承驱动系统动力学模型与控制研究

摘要

本文以无轴承电机支承驱动系统的动力学模型和逆系统解耦控制为研究重点，包括无轴承电机支承驱动系统的动力学模型、基于逆系统理论的模型解耦、系统的PDF与H∞控制、系统的特性分析和仿真以及无轴承电机支承驱动系统的DSP控制实现。 针对无轴承电机支承驱动系统中转子的支承形式，建立了转子动力学模型，并以状态方程的形式构建了无轴承电机支承驱动系统的数学模型。从数学模型可看出无轴承电机支承驱动系统是一个强耦合的非线性复杂系统，其稳定运行的前提是实现电磁转矩和径向悬浮力之间，左右两端电机之间的解耦控制。在研究无轴承电机的磁悬浮机理以及转子动力学模型的基础之上，利用基于逆系统理论的状态反馈线性化的方法，实现了无轴承电机支承驱动系统的动态解耦控制。 本文采用PDF控制器对无轴承电机支承驱动系统进行了校正。另无轴承电机支承驱动系统的数学模型与实际的系统存在差异，利用H∞控制理论在进行控制系统设计时能够把这种不确定性考虑进去，使得设计结果在不确定性的变化范围内保证系统具有一定的性能。运用H∞鲁棒控制理论的混合灵敏度方法设计了控制器，对转子位置，转速等子系统进行了综合校正。 在MATLAB环境下运用SIMULINK工具包建立了无轴承电机支承驱动系统的仿真模型和逆系统解耦控制仿真模型，对系统进行了仿真研究，研究表明逆系统解耦方法结合H∞控制策略能很好的实现对无轴承电机支承驱动系统的控制。控制器的数字化能够满足无轴承电机支承驱动系统更高的性能要求。本文最后给出了控制系统数字实现的硬件设计和软件设计思路，设计了用于实现各个功能的程序模块。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章无轴承电机支承驱动系统的数学模型

第三章无轴承电机支承驱动系统的解耦与控制

第四章无轴承电机支承驱动系统仿真

第五章无轴承电机支承驱动系统的DsP控制实现

第六章全文总结与展望

参考文献

致谢

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