ISSN1000-3762 CN41 1148/TH
轴承2016年4期 Bearing 2016, No. 4
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基于H8回路成形法的磁轴承鲁棒控制器设计
孟鹏飞，张广明，欧阳慧珉
（南京工业大学电气工程与控制科学学院，南京
京211816）
摘要：根据磁轴承典型的复杂非线性系统的特点，建立了径向4自由度的转子动力学模型，通过对系统的陀螺效应、惯性耦合以及非线性摄动进行分析，设计了基于Hα回路成形法的磁轴承鲁棒解耦控制器。采用MAT LAB/Simulink软件对系统进行了起浮、干扰仿真试验，结果表明，该设计方法使系统具有较好的鲁棒性和快速性，系统在摄动状态下仍能保持良好的控制品质。
关键词：磁轴承；鲁棒控制；回路成形中图分类号：TH133.35；TP202*.1
文献标志码：B
文章编号：10003762(2016)04001006
DesignofRobustControllerforMagneticBearingsBasedon
H Loop-Shaping Approach Meng Pengfei, Zhang Guangming, Ouyang Huimin
( College of Electrical Engineering and Control Science, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China)
Abstract: According to typical characteristics of complex nonlinear system for magnetie bearings, the model is built for radial 4 degree of freedom ( DOF) rotor dynamics. The robust decoupling controller for magnetic bearings based on Ho loop shaping approach is designed through analysis of gyroscopic effect, inertial coupling and nonlinear perturba-tion of system. The floating and interference simulation tests for system are carried out by using MATLAB/Simulink The results show that the system has better robustness and rapidity, which still has good control quality under perturba-tion condition.
Key words: magnetic bearing; robust control; loop shaping
磁轴承因无磨损、无润滑、高转速、能适应苛刻环境等特点，广泛应用于医疗、高精密度机械制造、真空和洁净空间系统等领域。然而，其多变量、非线性、强耦合等特点使得系统控制器设计成为长期研究的热点和难点。
目前为止，国内外专家学者已经提出了多种控制策略。文献[1]分析了磁轴承的PID控制中系统超调的原因，提出引人提前重置PID控制。文献[2]通过使用Lyapunov函数方法、线性矩阵
收稿日期：2015-10-30；修回日期：2015-12-28
基金项目：国家自然科学基金项日（51277092)；江苏省基础研究计划（自然科学基金）项目（BK20130938）；江苏省高校自然科学研究项目（14KJB510013）
作者简介：孟鹏飞（1990一），男，江苏常州人，硕士研究生主要从事磁悬浮轴承控制的研究，E-mail：847393604@ qq.com。
万方数据
不等式(LMI)方法和并行分布补偿(PDC)方法，导出了相应的稳定性条件及Hα控制器的设计方法。文献[3]在考虑模型的不确定性和外界干扰的情况下设计了系统的Hα控制器，提出了H 回路成形设计方法，该方法可以通过在控制器中引人第2个白由度，并将其形式化描述为一个标准Hα优化问题而得到扩展，容许在鲁棒镇定和闭环模型匹配之间进行折衷，该结构在控制器实现方面有很多优点。文献[4]对互质因子进行了较详尽的分析，指出了互质因子摄动与系统鲁棒性间的关系。文献[5]研究一种系统化的回路成形离散控制器优化方法，有效规避离散化近误差的影响。已有的H8控制在磁轴承中的应用研究方面存在以下问题：对于磁轴承模型强制解耦，没有分析其惯性耦合与陀螺效应的影响：对模型的非线性摄动估计不足，模型不够精确；多数采用