靜電懸浮系統(tǒng)離散滑模控制的研究.pdf

1、靜電懸浮是依靠可控的靜電力將懸浮體無接觸、無摩擦地支承起來,其顯著特點是既適用于導體和非導體的懸浮,又適用于磁性體和非磁性體的懸浮,克服了磁懸浮技術(shù)僅適用于磁性體的局限性.靜電陀螺是靜電懸浮技術(shù)的重要應用,它是當今國際上公認的高精度自主式慣性導航儀表.由于靜電陀螺懸浮系統(tǒng)存在系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動的影響,因此懸浮控制系統(tǒng)的設(shè)計就成為靜電陀螺的關(guān)鍵技術(shù)之一.通常的線性控制方法魯棒性較差,難以滿足高性能懸浮系統(tǒng)的指標要求,而離散滑?？刂凭哂?/p>

2、很強的魯棒性,對系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動具有很強的抑制能力,因而很適合用于設(shè)計靜電陀螺懸浮控制系統(tǒng).該文將離散滑?？刂评碚搼糜陟o電陀螺懸浮系統(tǒng),根據(jù)陀螺轉(zhuǎn)子靜電力方程以及各環(huán)節(jié)特性(包括高壓放大器、測量環(huán)節(jié)和數(shù)字控制器的滯后環(huán)節(jié)),建立考慮系統(tǒng)參數(shù)變化的廣義被控對象離散狀態(tài)空間表達式.在離散域設(shè)計線性擾動觀測器,進行前饋補償,抵消一部分或全部擾動力,然后設(shè)計離散滑模觀測器,使得狀態(tài)誤差在存在外部擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化的情況下,可以在有限拍內(nèi)

3、收斂到零,提高觀測器魯棒性.在離散域設(shè)計積分型離散滑模控制器,首先采用極點配置法設(shè)計帶有積分項的線性控制項,然后設(shè)計不連續(xù)控制項和帶有邊界層的擾動控制項.為了便于控制算法之間的比較,設(shè)計了靜電懸浮系統(tǒng)的滯后—超前校正和線性狀態(tài)反饋控制.采用MATLAB SIMULINK實現(xiàn)以上控制算法,然后從時域、頻域和魯棒性等方面比較各種控制算法的性能.與滯后—超前校正相比,采用離散滑?？刂茣r,階躍響應的超調(diào)量降低40﹪,調(diào)整時間縮短60﹪;對于外部

4、的振動和過載沖擊,陀螺轉(zhuǎn)子偏移量分別減小80﹪和87﹪;閉環(huán)帶寬仍位于600Hz~800Hz之間,閉環(huán)諧振峰降低6.32dB,而且在高頻段具有更大衰減率;剛度曲線在低頻段提高了一個數(shù)量級,在中頻段剛度曲線最低點的剛度值提高2.85倍;抑制系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動的能力顯著增強,充分體現(xiàn)了滑?？刂频膹婔敯粜?采用DSP仿真系統(tǒng)進行電模擬實驗,將控制算法編制成匯編語言,經(jīng)調(diào)試通過后,在DSP仿真系統(tǒng)上運行,比較各種算法性能,進一步驗證離散滑模