磁阻式悬浮平台侧向气隙控研究

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.10.003

电子科技 ›› 2020, Vol. 33 ›› Issue (10): 15-20.doi: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.10.003

磁阻式悬浮平台侧向气隙控研究

鲁建锋,许孝卓,高岩,杜晗

河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作 454000

收稿日期:2019-08-08 出版日期:2020-10-15 发布日期:2020-10-20
作者简介:鲁建锋(1992-),男,硕士研究生。研究方向:电机电器及其控制,磁悬浮技术。|许孝卓(1981-),男,博士,副教授。研究方向:特种电机理论与控制,磁阻式悬浮技术。|高岩(1995-),女,硕士研究生。研究方向:电机电器及其控制。
基金资助:
国家自然科学基金(U1504506);河南省科技攻关项目(192102210073);河南省高等学校青年骨干教师培养计划(2017GGJS051);HPU青年骨干教师资助计划(GGJS2016-183);河南理工大学博士基金(B2018-30)

Study on Lateral Air Gap Control of a Detent-force-based Magnetic Suspension Platform

LU Jianfeng,XU Xiaozhuo,GAO Yan,DU Han

School of Electrical Engineering and Automation,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China

Received:2019-08-08 Online:2020-10-15 Published:2020-10-20
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U1504506);Henan Province Science and Technology Research Project(192102210073);Henan Province Higher School Youth Key Teacher Training Program(2017GGJS051);HPU Youth Key Teacher Funding Program(GGJS2016-183);Henan Polytechnic University Doctoral Fund(B2018-30)

摘要/Abstract

摘要：

针对悬浮平台存在的侧向力干扰导致平台不能稳定悬浮的问题,设计了一种可以实现参数快速整定的模糊自适应PID侧向气隙控制系统。文中介绍了平台的悬浮结构和悬浮机理,采用有限元法分析了侧向位移对平台的影响,建立了控制系统静态、动态数学模型,并设计了模糊自适应PID控制器。通过MATLAB/Simulink软件对悬浮平台的侧向气隙控制系统进行建模仿真。结果表明,模糊自适应PID控制器响应速度快,且具有较强的鲁棒性。

关键词: 悬浮平台, 磁阻力, 侧向力, 模糊控制, PID控制, MATLAB仿真

Abstract:

In order to solve the problem that the platform cannot be suspended stably due to the interference of lateral force, a fuzzy adaptive PID lateral air gap control system which can quickly adjust the parameters is designed. The structure of the suspension platform and its suspension mechanism are introduced in detail. The influence of lateral displacement on the platform is analyzed by finite element method, the static and dynamic mathematical models of the control system are established, and the fuzzy adaptive PID controller is designed. The lateral air gap control system of suspension platform is modeled and simulated by MATLAB/Simulink software. The simulation results showed that the fuzzy adaptive PID controller has fast response speed and strong robustness.

Key words: suspension platform, detent force, lateral force, fuzzy control, PID control, MATLAB simulation

中图分类号:

TP273.4

鲁建锋,许孝卓,高岩,杜晗. 磁阻式悬浮平台侧向气隙控研究[J]. 电子科技, 2020, 33(10): 15-20.

LU Jianfeng,XU Xiaozhuo,GAO Yan,DU Han. Study on Lateral Air Gap Control of a Detent-force-based Magnetic Suspension Platform[J]. Electronic Science and Technology, 2020, 33(10): 15-20.

图/表 13

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表1

表2

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参考文献 16

[1]	Kim C H, Lim J, Lee J M, et al. Levitation control design of super-speed maglev trains[C]. Waikoloa:World Automation Congress, 2014.
[2]	高琳, 徐宗海, 朱凯, 等. 锥形磁悬浮轴承的建模与解耦控制[J]. 中国电机工程学报, 2013,33(6):153-160,21.
	Gao Lin, Xu Zonghai, Zhu Kai, et al. Modeling and decoupling control of conical magnetic bearings[J]. Proceedings of the CSEE, 2013,33(6):153-160,21.
[3]	崔家瑞, 李擎, 张波, 等. 永磁同步电机变论域自适应模糊PID控制[J]. 中国电机工程学报, 2013,33(S1):190-194.
	Cui Jiarui, Li Qing, Zhang Bo, et al. Permanent magnet synchronous motor of variable universe adaptive fuzzy PID control[J]. Proceedings of the CSEE, 2013,33(S1):190-194.
[4]	董钰莹, 赵敏. 永磁同步电机变论域自适应模糊PID控制[J]. 电子科技, 2018,31(7):24-27
	Dong Yuying, Zhao Min. Synjournal of robust predictive control for LPV system with bounded disturbance[J]. Electronic Science and Technology, 2018,31(7):24-27.
[5]	崔家瑞, 李擎, 祝乔. 飞航导弹变论域自适应模糊PID控制方法[J]. 控制工程, 2014,21(6):848-852.
	Cui Jiarui, Li Qing, Zhu Qiao. Variable universe adaptive fuzzy PID control method in maneuverable missile[J]. Control Engineering of China, 2014,21(6):848-852.
[6]	陈斌, 裴忠才, 唐志勇. 液压四足机器人的自适应模糊PID控制[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2016,48(9):140-144.
	Chen Bin, Pei Zhongcai, Tang Zhiyong. Self-tuning fuzzy-PID control for hydraulic quadruped robot[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2016,48(9):140-144.
[7]	刘光星, 贺刚, 张毅. 模糊PID控制在电机调速系统中的应用[J]. 电子测试, 2019(2):21-23.
	Liu Guangxing, He Gang, Zhang Yi. Application of fuzzy PID control in motor speed regulation system[J]. Electronic Test, 2019(2):21-23.
[8]	刘慧博, 王静, 吴彦合. 无刷直流电机模糊自适应PID控制研究与仿真[J]. 控制工程, 2014,21(4):583-587.
	Liu Huibo, Wang Jing, Wu Yanhe. Study and simulation of fuzzy adaptive PID control of brushless DC motor[J]. Control Engineering of China, 2014,21(4):583-587.
[9]	孙伟翔, 汪旭东, 许孝卓, 等. 基于变论域模糊PID的垂直提升系统控制研究[J]. 电子科技, 2018,31(6):67-69,74.
	Sun Weixiang, Wang Xudong, Xu Xiaozhuo, et al. Research on control of vertical lifting system based on variable-domain fuzzy PID[J]. Electronic Science and Technology, 2018,31(6):67-69,74.
[10]	沈建清, 吴世君, 翟小飞. 高精度永磁同步直线电动机MATLAB仿真[J]. 微电机, 2008(6):76-78.
	Shen Jianqing, Wu Shijun, Zhai Xiaofei. MATLAB simulation of precision permanent magnetic linear synchronous motor[J]. Micromotors, 2008(6):76-78.
[11]	Deng Z, Boldea I, Nasar S. Forces and parameters of permanent magnet linear synchronous machines[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 1987,23(1):305-309. doi: 10.1109/TMAG.1987.1064775
[12]	刘亚平, 许孝卓, 汪旭东, 等. 新型混合励磁导向系统的状态反馈控制[J]. 测控技术, 2017,36(2):62-66.
	Liu Yaping, Xu Xiaozhuo, Wang Xudong, et al. State feedback control of novel hybrid excitation guiding system[J]. Measurement & Control Technology, 2017,36(2):62-66.
[13]	Hua Sun, Dai Yuhong. Fuzzy PID control and simulation experiment on permanent magnet linear synchronous motors[C]. Wuhan:International Conference on Electrical and Control Engineering, 2010.
[14]	李明然, 贺建军. 模糊自适应PID算法在磁悬浮实时控制系统中的应用研究[J]. 计算机测量与控制, 2012,20(10):2690-2692.
	Li Mingran, He Jianjun. Application research on fuzzy PID algorithm in real-time control system of magnetic levitation[J]. Computer Measurement & Control, 2012,20(10):2690-2692.
[15]	王昕, 江航, 郑益慧, 等. 飞机空调车的多模型模糊PID控制器设计[J]. 控制工程, 2016,23(4):453-457.
	Wang Xin, Jiang Hang, Zheng Yihui, et al. Multiple models fuzzy PID controller design in air-conddition temperature control system[J]. Control Engineering of China, 2016,23(4):453-457.
[16]	王晓玲, 张广明. 变论域模糊PID磁悬浮轴承控制系统仿真[J]. 仪表技术与传感器, 2012(12):144-147.
	Wang Xiaoling, Zhang Guangming. Magnetic levitating bearing control system simulation based on variable universe fuzzy PID algorithm[J]. Instrument Technique and Sensor, 2012(12):144-147.

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NB	PB.NB.PS	PB.NB.NS	PM.NM.NB	PM.NM.NB	PS.NS.NB	Z.NS.NM	Z.Z.PS
NM	PB.NB.PS	PB.NB.NS	PM.NM.NB	PM.NS.NM	PS.NS.NS	Z.NS.NS	NS.Z.Z
NS	PN.NB.Z	PM.NM.NS	PM.NS.NM	PS.NS.NM	Z.Z.NS	NS.PS.Z	NM.PM.Z
Z	PM.NM.Z	PS.NM.Z	NS.NS.NS	Z.Z.NS	Z.Z.NS	NS.PS.NS	NM.PM.Z
PS	PS.NM.NS	PS.NS.NS	Z.Z.Z	NS.PS.Z	NS.PM.Z	NM.PM.Z	NM.PB.Z
PM	PS.Z.PB	PS.Z.NS	NS.Z.PS	NM.PS.PS	NM.PM.PS	NM.PM.PM	NB.PB.PB
PB	NS.Z.PB	Z.Z.PB	NM.PS.PM	NM.PM.PM	NB.PM.PS	NB.PB.PS	NB.PB.PB

参数	数值	单位
悬浮质量m	70	kg
绕组匝数N	340	匝
绕组电阻R	2.7	Ω
齿气隙面积A	550	mm²
平衡点气隙c₀	3	mm
平衡点电流i₀	3.5	A
绕组电压U	12	V

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Study on Lateral Air Gap Control of a Detent-force-based Magnetic Suspension Platform

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[2]	王阳,王亚刚. 基于阶跃响应和遗传算法优化高阶加时滞模型的辨识方法[J]. 电子科技, 2021, 34(9): 41-46.
[3]	闫振彬,郑柏超,周志勇. 基于新型鲁棒下垂控制方法的光伏发电系统并网研究[J]. 电子科技, 2021, 34(8): 79-86.
[4]	任新瑞,马立新. 基于模糊PID负荷跟踪型主蒸汽温度控制系统研究[J]. 电子科技, 2021, 34(5): 18-23.
[5]	王佳人,王亚刚. 非最小相位系统的复杂控制算法研究[J]. 电子科技, 2021, 34(1): 55-59.
[6]	陈明方,臧家秀,张永霞. 一种多区域空冷式高低温精确温控系统的研究[J]. 电子科技, 2020, 33(6): 46-51.
[7]	崔悦,张伟. 一种飞机俯仰角二自由度PID控制算法[J]. 电子科技, 2020, 33(3): 44-49.
[8]	蒋鹏程,汤占军,刘萍兰. 基于变论域模糊控制光伏MPPT算法的仿真研究[J]. 电子科技, 2020, 33(11): 16-23.
[9]	李玉东,胡晓丹,连海山. 输入电压不平衡时三相脉冲阻塞式交交变频研究[J]. 电子科技, 2020, 33(11): 31-35.
[10]	杜美君,张伟,谢亚莲. 基于粒子群算法的PID控制器参数优化[J]. 电子科技, 2019, 32(6): 7-11.
[11]	单永明,王亚刚,王凯. 高阶加时滞模型的系统频域辨识[J]. 电子科技, 2019, 32(3): 6-9.
[12]	金爱娟, 郑天翔, 纪晨烨, 苏俊豪, 蒋育晟, 郝陈祥. 基于模糊自适应PID控制的速度调节器设计与仿真[J]. , 2018, 31(1): 29-.
[13]	刘芮辰，李树江，赵维卫. 基于模糊与PID复合切换控制的VRV空调系统仿真[J]. , 2017, 30(9): 139-.
[14]	胡晓锐，骆艳洁，麦云飞. 遗传算法在恒张力控制系统中的应用[J]. , 2017, 30(4): 72-.
[15]	王志翔1，王竹平2. MRAC在位置随动控制系统中的应用[J]. , 2016, 29(9): 30-.