靜電懸浮系統(tǒng)離散滑?？刂频难芯?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(diǎn)是既適用于導(dǎo)體和非導(dǎo)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(yīng)用,它是當(dāng)今國際上公認(rèn)的高精度自主式慣性導(dǎo)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(dòng)的影響,因此懸浮控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(biāo)要求,而離散滑?？刂凭哂?/p>

2、很強(qiáng)的魯棒性,對系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)具有很強(qiáng)的抑制能力,因而很適合用于設(shè)計(jì)靜電陀螺懸浮控制系統(tǒng).該文將離散滑模控制理論應(yīng)用于靜電陀螺懸浮系統(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(dá)式.在離散域設(shè)計(jì)線性擾動(dòng)觀測器,進(jìn)行前饋補(bǔ)償,抵消一部分或全部擾動(dòng)力,然后設(shè)計(jì)離散滑模觀測器,使得狀態(tài)誤差在存在外部擾動(dòng)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(jì)積分型離散滑?？刂破?首先采用極點(diǎn)配置法設(shè)計(jì)帶有積分項(xiàng)的線性控制項(xiàng),然后設(shè)計(jì)不連續(xù)控制項(xiàng)和帶有邊界層的擾動(dòng)控制項(xiàng).為了便于控制算法之間的比較,設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)以上控制算法,然后從時(shí)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,采用離散滑模控制時(shí),階躍響應(yīng)的超調(diào)量降低40﹪,調(diào)整時(shí)間縮短60﹪;對于外部

4、的振動(dòng)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(gè)數(shù)量級,在中頻段剛度曲線最低點(diǎn)的剛度值提高2.85倍;抑制系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)的能力顯著增強(qiáng),充分體現(xiàn)了滑?？刂频膹?qiáng)魯棒性.采用DSP仿真系統(tǒng)進(jìn)行電模擬實(shí)驗(yàn),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(yùn)行,比較各種算法性能,進(jìn)一步驗(yàn)證離散滑模