磁悬浮球的自适应径向基函数控制方法研究

作     者：欧阳清华 樊宽刚 雷爽 OUYANG Qinghua;FAN Kuangang;LEI Shuang

作者机构：江西理工大学电气工程与自动化学院江西赣州341000 江西省磁悬浮技术重点实验室江西赣州341000 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2023年第20卷第4期

页      面：1171-1179页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0811[工学-控制科学与工程] 0701[理学-数学] 0713[理学-生态学] 0702[理学-物理学] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：中央引导地方科技基金资助项目(20221ZDH04052) 江西省03专项及5G项目(20193ABC03A058) 江西理工大学“清江青年拔尖人才支持计划”(JXUSTQJBJ2019004) 赣州市科技创新人才计划项目(201960) 

主　　题：磁悬浮 A-RBF算法 非线性变换 动态性能 

摘      要：磁悬浮是集众多学科为一体的高新技术,具有无摩擦、清洁环保和安全可靠等优点。而悬浮控制作为磁悬浮技术的核心引起了人们的关注。以单点磁悬浮球作为研究对象,由于磁悬浮球系统具有高度非线性、随机不确定性和时滞性等特点,采用其他传统控制算法往往会引起系统超调量过大和响应速度过慢等问题。针对此类问题,提出一种不依赖于精确数学模型的自适应径向基函数(A-RBF)控制算法,以此实现磁悬浮球的稳定悬浮和获取系统满意的动态性能。首先建立磁悬浮球的非线性数学模型;其次通过非线性坐标变换得到磁悬浮球的线性数学映射模型;然后设计出A-RBF算法中相应的控制律和自适应律,并利用Lyapunov函数验证该算法的稳定性;最后通过不同的评判指标进行SMC和A-RBF算法的比较验证。仿真结果表明:由于A-RBF算法未忽略磁悬浮球系统中的高阶项,因此它不仅具有较快的响应速度和较小的超调量等优点,而且还具有适应系统参数变化范围大的能力。当依次输入正弦和方波信号作为输入时,A-RBF算法的跟踪效果最佳,其次为SMC。实验结果表明:当外部扰动存在时,A-RBF算法不仅实现了磁悬浮球的稳定悬浮,而且其误差仅在0.2 mm之内,并且在正弦跟随下的误差仅在0.15 mm之内,再次证明了A-RBF算法具有良好的适用性。