[发明专利]磁悬浮系统的电流环自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮系统的电流环控制，具体涉及一种用于磁悬浮系统的电流环自适应控制方法。

背景技术

悬浮控制技术是磁悬浮系统的核心技术之一，如图1所示，磁悬浮系统的基本结构由悬浮磁铁1、悬浮传感器2、悬浮控制器3和功率放大器4组成。其中，悬浮磁铁1由线圈和铁心组成，悬浮磁铁1用于给磁悬浮列车提供动力；悬浮传感器2用于检测出悬浮磁铁1的状态，其包括间隙传感器和电流传感器，其中间隙传感器获取悬浮间隙信号x，电流传感器获取电流信号i。悬浮控制器3的作用和其它类似系统的悬浮控制器相同，用于将接收的上述悬浮间隙信号x和电流信号i进行一些必要的处理，如：滤波，放大和微分等，并将处理后的信号按照一定的控制算法获取悬浮过程中电磁铁两端的电压控制量u2；功率放大器4将悬浮控制器给出的电压控制量u2进行放大，向悬浮磁铁提供必要的电流以维持磁铁的稳定悬浮。

目前悬浮控制技术采用双环控制方法。如图2所示，将系统分为电流环和位置环进行调节，电流环负责调整线圈中电流上升时间和电流环增益，位置环的调整目的是为了使得悬浮系统稳定，并且使得系统的性能满足一定的要求。电流环的作用是尽量加快电流的上升速度，当电流上升速度大于一定的值时，就可以忽略电流延时对位置环的影响；另外，电流环还要确保其增益保持不变，因为如果电流环增益变化，会影响到位置环的增益，从而影响系统的性能，只有在电流环增益不变的情况下，才能对位置环进行独立设计。其中电流环控制的目的让电磁线圈中的电流能够以最快的速度跟踪控制电压，又能将噪声限制在允许的范围内，使得线圈电流上升时间足够快，且电流环的增益保持不变，从而提高磁悬浮系统的整体性能，实现对位置环进行独立的调节。因此，电流环是悬浮控制系统的一个重要子系统。

根据应用场合和控制目标的不同，电流环通常分为以下几种：①PI电流环；②P电流环；③最速电流环；④次速电流环。经典方法是采用PI电流环控制或P电流环控制，PI电流环控制与纯粹P电流环控制相比，具有既扩展频带又抑制噪声的作用，而且便于实现，不足之处是它没有考虑控制约束；基于极大值原理的最速电流环控制能处理控制量有约束的问题，具有最快的调节速度，但如果系统中存在噪声，输出将出现颤震；次速电流环将最速电流环和PI型电流环结合，在误差较大时，采用最速电流环控制以提高快速性，在误差较小时采用PI电流环控制，克服频繁切换的缺点，具有调节速度快、抗信号扰动能力强等优点。在磁悬浮系统的运行过程中，悬浮磁铁的温度会发生变化，从而导致电磁线圈参数(即线圈的电阻和电感)会发生改变。

在实际运行过程中，电磁铁的温度会发生变化，随着电磁铁温度的变化，磁铁线圈的电阻和电感会发生较大的变化，从而会影响到电流环的电流上升时间和增益，这势必会影响到磁悬浮系统的整体性能。上述几种电流环均是基于固定的线圈参数进行设计，它们的电流环控制参数固定，当线圈的参数改变时，电流环的性能会发生变化，从而会影响到磁悬浮系统的整体性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种线圈中的电流上升速度快、增益始终保持不变、悬浮性能不受线圈电阻和电感的改变而受到影响、悬浮性能稳定可靠的磁悬浮系统的电流环自适应控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种磁悬浮系统的电流环自适应控制方法，其实施步骤如下：

1)在磁悬浮系统悬浮后定时判断磁悬浮系统是否悬浮稳定；

2)如果悬浮稳定则采集磁悬浮系统线圈的悬浮稳定电流和悬浮稳定电压，根据所述悬浮稳定电流和悬浮稳定电压获取线圈的悬浮稳定电阻R；

3)往线圈叠加不改变磁悬浮系统悬浮间隙的高频电流，在线圈电流变化过程中多次采集线圈的电流和电压，根据线圈在电流变化过程中采集的电流、电压和悬浮稳定电阻R获取线圈在电流变化过程中的多个电感值，并对多个电感值取平均值获得稳态平均电感值L；

4)根据K_f/(R+K_bK_f)＝A和L/(R+K_bK_f)＝T获取线圈的反馈增益K_b和前向增益K_f，其中A为电流环的设计增益常数、T为电流环的时间常数；将所述反馈增益K_b和前向增益K_f作为电流环控制参数应用到电流环。

作为本发明技术方案的进一步改进：