磁悬浮反作用飞轮中磁轴承的H∞控制与仿真研究

对外转子、大转动惯量、小跨距的磁悬浮反作用飞轮进行了系统分析与建模,设计了基于混合灵敏度函数的H∞控制器,并给出了H∞控制器和PID控制器的S-T特性仿真曲线和阶跃仿真曲线.通过对两种控制器相关项的比较,得出：基于H∞理论的控制器比传统的PID控制器具有更好的动态性能、更强的扰动抑制能力和更好的鲁棒性.     

高精度磁悬浮反作用飞轮自适应神经网络控制

针对磁悬浮反作用飞轮存在的干扰噪声以及非线性等问题,设计了自适应神经网络机构,实现了对磁悬浮反作用飞轮的稳定控制,并利用其能够逼近复杂的非线性函数和自学习能力等特点,实现了对磁悬浮反作用飞轮系统的噪声抑制作用及非线性补偿。对某磁悬浮飞轮系统的仿真研究表明,该控制机构可有效消除飞轮系统的干扰噪声,抑制控制对象的非线性,提高磁悬浮反作用飞轮的控制精度。     

磁悬浮反作用飞轮系统模态分析及试验研究

介绍了一种角动量为50Nms工作转速在±5000rpm的磁悬浮反作用飞轮系统,利用有限元分析软件ANSYS对其定、转子及系统进行了模态分析,利用COMBINE14单元模拟磁轴承使模型更加接近实际,最后通过模态测试试验测出了转子的一阶弹性固有模态,与理论计算结果相近,误差仅为0.66%,验证了理论模型的正确性。模态分析及测试的结果对磁悬浮反作用飞轮系统的振动特性研究,控制方案设计及总体优化设计有着重要意义。     

空间飞行器姿态控制用磁轴承飞轮研究

以空间飞行器姿态控制用磁轴承飞轮为研究对象,在论述磁轴承飞轮结构特点的基础上,介绍了该磁轴承飞轮试验模型的工作原理和系统组成,推导了其动力学模型,给出了磁轴承设计中的关键参数轴向恢复刚度、径向不平衡恢复刚度、旋转刚度的计算方法.最后对磁轴承的主动悬浮控制系统进行了设计,给出了试验结果,所涉及的问题对其它类型的磁轴承设计有参考价值.     

两轴型混合磁悬浮轴承变结构控制与仿真研究

介绍了两轴型混合磁悬浮轴承的系统结构,基于分散控制建立了磁轴承的控制系统模型。对磁轴承进行了变结构控制研究,根据二次型最优控制设计了切换函数,根据指数趋近律设计了变结构控制输入,实现了磁轴承的快速稳定和鲁棒性控制。通过与最优控制的对比仿真研究,表明了变结构控制具有良好的动静态特性。     

基于Simulink的磁悬浮控制系统仿真

在MATLAB/Simulink环境下,对电磁型(EMS)磁浮列车,利用Lagrange方程,结合动力学和电磁学基本理论,建立了单磁铁磁悬浮系统的数学模型,给出了采用线性二次最优控制策略的系统仿真模型,分析了影响该系统动态性能的主要因素.仿真结果表明,所提出的方法是对磁悬浮系统建模和控制进行研究的有效途径.     

控制力矩陀螺高速转子稳定性控制仿真研究

针对航天器姿态控制执行机构磁悬浮控制力矩陀螺的高速大惯量飞轮转子系统的强非线性和由强陀螺效应产生的进动和章动导致系统的失稳问题,提出了模糊控制和传统的PID和交叉解耦控制相结合的方案,对高速转子系统中非线性所导致的问题进行了研究。研究表明,该控制器解决了陀螺效应导致的主动磁轴承-高速大惯量飞轮转子的不稳定性问题,且抑制了噪声对磁轴承稳定性的影响。最后,数值算例证明了该方法的可行性和有效性。     

谐波对磁悬浮转子运动轨迹的影响分析及仿真

与机械轴承支承的控制力矩陀螺相比,磁悬浮控制力矩陀螺具有转速高、寿命长、体积小、重量轻、精度高等优点,因此是大型航天器的理想执行机构。分析了磁轴承支承的陀螺转子在离心力与干扰力的作用下,其中心运动轨迹为圆,但由于谐波(主要为三次谐波)成分的存在,改变了陀螺转子中心运动轨迹(使其运动轨迹变成近似矩形或菱形)、功耗增加、引起高频干扰,并通过磁悬浮控制力矩陀螺的实验进行了验证。对于如何减小系统的功耗、提高磁悬浮转子控制系统的性能提供了理论依据。     

基于MATLAB的钢板磁悬浮系统仿真研究

对于单块钢板、垂直带钢、水平带钢这三种钢板磁悬浮对象,在分析系统非线性数学模型的基础上,设计出一个兼顾三种系统共性与异性的综合性系统框图,以方便于后续仿真研究。在此基础上,基于MATLAB仿真得出系统的响应曲线,对系统对象的非线性及不稳定性有进一步的了解。     

纳卫星PID主动热控制及其仿真研究

建立了球状纳卫星的基本热环境模型。提出基于PID主动热控制的温度控制策略。分别向控制对象系统中舱内仪器、辐射器以及外壳热负荷输入一定大小的阶跃变化进行MATLAB仿真试验。仿真结果显示,PID控制系统能够较为准确、快速的对纳卫星温度系统进行合理的调节与控制。     

径向电磁轴承的灰色系统控制与数值仿真

应用灰色系统去余控制理论，以径向电磁轴承为对象，提出该轴承的灰色系统控制方法，以实现对转子的稳定控制，并进行了数值仿真。建立了径向电磁轴承转子系统的动力学模型与传递函数，按照灰色系统理论设计了控制系统，由数值仿真结果表明，该转子系统能实现稳定良好的控制效果。     

考虑传感器故障的磁浮系统容错控制仿真研究

为了提高磁浮列车悬浮系统的可靠性,针对磁浮列车单点悬浮系统模型,设计了一种基于切换策略的主动容错控制器,在传感器故障发生后,通过辨别故障后系统所处的模态,快速将控制器切换到针对当前故障离线设计的控制律,使得故障系统基本维持正常系统的静态和动态性能,最后对设计的容错控制器进行了仿真分析和实验对比验证。     

电力储存用飞轮系统的零消耗控制研究

提出了利用Cholesky分解来构造有陀螺效应机械系统的低维控制模型的一种新方法。利用所提的方法，构造了电力储存用10MWh级飞轮系统的低维控制模型，并设计了相应的零消耗控制器。仿真结果表明了此方法的有效性。     

无刷直流电机PID控制系统仿真及实验研究

建立了无刷直流电机的数学模型,并设计了基于Matlab的无刷直流电机PID仿真系统.借助数字信号处理器TMS320F2812,将PID控制与BLDCM控制系统有效的结合在一起.通过实验验证,设计的控制系统具有快速响应能力,减少了转矩脉动,改善了控制系统的性能.     

磁浮系统多控制器动态解耦特性仿真研究

通过建立带有多个悬浮控制器的高速磁悬浮列车系统模型并对其进行动态响应分析，研究多个串级PID控制器协同工作条件下弹性悬浮架的动态解耦性能是否满足系统稳定要求。建立了复杂悬浮架有限元模型，利用模态综合动力凝聚超单元方法生成较低维数的悬浮架动力学模型。离线设计单个串级PID控制算法并给出了稳定参数选择方法，并由此建立多控制器磁悬浮耦合系统模型。使用四阶龙格一库塔算法对系统模型进行仿真计算，绘制了各个悬浮控制器先后悬浮以及悬浮间隙谐波干扰两种情况下各控制器的悬浮间隙动态响应曲线。结果证明悬浮架具有一定的动态解耦能力，但是只能保证鲁棒性较强的单控制器参数能够直接应用于多控制器协同工况。     

无人直升机发动机PID自适应控制系统

以某型无人直升机发动机为被控对象,设计了数字式发动机控制系统。介绍了该控制系统的结构、功能和软硬件实现,利用台架试车试验验证了发动机控制系统的可行性,采用PID自适应控制策略解决了试车试验中所发现的问题。利用PC104嵌入式计算机系统构建了发动机控制系统的半物理仿真平台,完成了半物理仿真试验。仿真结果表明发动机PID自适应控制器能够实现不同工况下的参数自动整定,满足无人直升机飞行控制要求。     

船舶运动控制硬件在环仿真系统的研究

目前众多学者致力于将当前先进的控制理论应用到船舶运动控制领域,但在实际船舶上验证这些先进的控制算法面临很多困难,为此,设计并实现一套船舶运动控制硬件在环仿真系统。该系统包括船舶运动DSP控制器,船舶运动仿真系统,控制与监测系统三部分,对相关硬件电路和软件设计进行了研究。系统测试结果表明该系统性能良好,为在实验室环境下进行船舶运动控制算法研究和船舶运动控制器开发提供了一个有效的测试平台。

Abstract：

Many scholars devote to applying current advanced control theories to the ship motion control.However,there are many difficulties in verifying the performance of the control theories.In the view of this contradiction,a hardware-in-loop simulation system for ship motion control was designed,which includes ship motion controller based on DSP,ship motion simulation system,and control-monitoring system.The relative design of hardware and software was discussed.The simulation results show that the proposed hardware-in-loop simulation system has satisfactory performance and it can provide an effective test platform for the study of the ship motion control theories and the development of the ship motion controller in the laboratory environment.