ISSN10003762 CN41 1148/TH
轴承2017年4期 Bearing2017,No.4
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D0I:10. 19533/j. issn1000 3762.2017.04,004
5自由度主动磁悬浮轴承的积分滑模变结构控制
侯勇，王磊
（天津科技大学电子信息与自动化学院，天津300222）
摘要：针对5自由度主动磁悬浮轴承系统，根据其输出解耦的状态方程，设计了一种多输人多输出积分滑模变结构控制算法。利用MATLAB/Simulink分别对常规PID控制和积分滑模变结构控制进行仿真和比较，结果表
明，5自由度主动磁悬浮轴承系统的多输入多输出积分滑模变结构控制方法其有良好的动态性能和鲁样性。关键词：主动磁悬浮轴承；5自由度；积分滑模变结构控制；鲁棒性
中图分类号：TH133.3;0231
文献标志码：B
文章编号：10003762(2017)04001605
IntegralSlidingModeVariableStructureControlforFive-DOFActive
MagneticBearing Hou Yong, Wang Lei
(College of Electronic Information & Automation, Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300222, China) Abstract: Aiming at the five degree of freedom(Five DOF) AMB system, MIMO integral sliding mode variable struc ture control(ISMC) algorithm is designed based on its equation of state with the output decoupling. The performance of AMB based on conventional PID control and ISMC are compared by MATLAB/Simulink. The results show that the Five DOF AMB system with the MIMO integral sliding mode controller has better dynamic and strong robustness.
Key words: active magnetic bearing; five degree of freedom; integral sliding mode variable structure control; robust-ness
主动磁悬浮轴承（ActiveMagneticBearings， AMB)系统是一个多输入多输出、非线性强、耦合程度高的复杂系统，其运行的可靠性和稳定性在很大程度上取决于系统的控制方法，采用常规的 PID控制理论不能很好地满足系统对稳定性和动态特性的要求(1-4)。采用PID与其他控制策略的结合，虽然精度高，但控制系统设计复杂。滑模变结构控制具有对内部参数和外部扰动不敏感、鲁棒性好等优点，将其应用于主动磁悬浮轴承系统的控制，可以有效提高系统的运行性能。文献[5」
收稿日期：2016-07-07；修回日期：2016-10-12
基金项目：国家自然科学基金项目（60771014)；天津市应用基础与前沿技术研究计划（自然科学基金）重点项目（13JCZDJC29100）
作者简介：侯勇（1965一），男，教授，主要研究方向为电动机控制与电能质量分析，E-mail：houyong@tust.edu.cn；王磊（1990一），男，硕士研究生，主要研究方向为电力系统与
电动机控制的研究，E-mail；wanglei3375@163.com。万方数据
针对主动磁悬浮轴承系统采用了滑模变结构控制，属于单自由度的分散控制，将其应用于多输人多输出系统时，依然存在静态误差大等问题。文献[6]应用积分滑模变结构控制实现了径向4自由度主动磁悬浮轴承的控制，但没有考虑轴向的控制，如进行包含轴向自由度的5自由度控制时，则需2套独立的控制系统，增加了控制器的数量，使实际应用更为复杂，而且忽略了传感器安装位置导致的耦合问题，会使系统达到稳态的时间增长。
分析5自由度主动磁悬浮轴承系统因传感器位置产生的耦合问题，推导并建立输出解耦的主动磁悬浮轴承状态方程，在此基础上研究多输人多输出积分滑模变结构控制方法，采用一套控制器实现了系统的5自由度控制。
15自由度主动磁悬浮轴承状态方程
主动磁悬浮轴承的转子共有6个自由度：3个平动自由度和3个转动自由度，其中转子绕轴向