磁浮列车的模糊滑模控制器
盛蓉蓉,吴云飞
(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031)
摘要:为了增强悬浮系统的抗干扰能力和承载能力,针对磁浮列车悬浮系统中存在的非线性问题,采用TMS320C2812 DSP,设计了模糊滑模控制器。悬浮实验显示:该控制器解决了传统滑模变结构控制所固有的高频振抖问题,具有更强的鲁棒性和抗干扰能力。
关键词:悬浮系统;模糊滑模控制;TMS320C2812 DSP
中图分类号:TP273 文献标识码:A
EMS型磁浮列车依靠电磁吸力将列车以给定气隙悬浮于轨道之上,利用无接触的线性电动机驱动列车行驶,是一种先进并且理想的陆上交通运输工具。
磁浮列车悬浮系统是一个典型的非线性系统。传统的悬浮控制器的设计大都利用平衡点附近局部线性化的模型,其控制器设计与平衡点的选取有关。当扰动过大引起系统偏离平衡点过大时,若系统中存在的非线性得不到合适的补偿,则可能导致控制策略的迅速恶化,影响系统的稳定。笔者采用非线性模糊滑模控制方法设计了悬浮控制器,克服了线性悬浮控制器设计方法的局限性,实现了增强磁浮列车悬浮系统对轨道振动和大范围负载变化的抗干扰能力的目的[1]。
1模糊滑模控制理论
滑模控制的优点[2]是能够克服系统的不确定性,系统的“结构”可以在瞬变过程中,根据系统当时的状态,以跃变方式,有目的地变化,迫使系统沿预定的“滑动模态”状态轨迹运动。滑模控制下的滑模运动与系统的摄动及外扰无关,有良好的鲁棒性与自适应性。缺点是滑模面附近控制行为的高频转换,会造成控制的不连续,必然产生“抖振”。
模糊滑模控制器[3]是一种混合控制器,兼有变结构控制和模糊控制的优点。由此提出推理规则:如果系统状态离滑模面远,则采用较大的反馈增益,目的是加快趋近过程;如果系统状态离滑模面近,则采用较小的反馈增益,目的是降低振抖。这样既保证了系统的鲁棒性,又削弱了变结构控制固有的振抖现象。
2 磁悬浮系统的非线性模型
磁浮列车是一个复杂的多电磁铁系统,西南交通大学研制的EMS型磁浮列车由24只电磁铁共同完成
 响下,都能使气隙稳定在某一个数值上(通常该数值在5~10 mm),并希望误差尽可能小(通常限定在2 mm以内)。由图4、5可知,稳定气隙值大约为10 mm,基本满足控制系统稳定性要求。
从运行结果看,模糊滑模控制器的响应具有很强的鲁棒性,当间隙发生变化时,稳态误差达到控制精度要求,而且响应快、无超调,具有较大的刚度和良好的控制效果,系统可以稳定悬浮。
5 结论
从变结构控制理论出发,将滑模控制与模糊控制相结合,针对悬浮系统非线性特性设计了模糊滑模控制器。实验结果表明,在滑模带引入带调整因子的模糊控制器,极大地改善了变结构控制所固有的高频振抖,该控制器既可满足稳定悬浮,又不破坏变结构控制的良好的鲁棒性,具有一定的可行性。
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