[发明专利]一种基于状态空间分析的磁悬浮飞轮电池H∞控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于状态空间分析的磁悬浮飞轮电池H∞控制方法。

背景技术

磁悬浮飞轮电池利用不接触的旋转飞轮储存机械能，是一种以储存机械能代替电能的二次放电设备，具有高比功率、高比能量、充放电快、高转速、寿命长以及环境友好等优点，在航空航天、交通运输、医疗器械、工业应用及电力能源等领域有着广泛的应用前景。磁悬浮储能飞轮一般可由超导、永磁、混合、主动等形式的磁轴承支撑悬浮，其中，超导磁悬浮飞轮的超导材料造价昂贵且对温度条件要求极高，需要在超低温坏境下使用，永磁和混合磁悬浮飞轮结构设计复杂，控制温度性相对较差，主动磁悬浮飞轮具有主动控制、动刚度可调等优点，应用较广泛。

主动磁悬浮飞轮控制系统一般采用PI、PID等经典控制算法，该类算法结构简单、调试方便，但该类算法需要调试的参数较多，在实际使用过程中，需要花费大量调试时间寻找合适的控制参数，当被控对象发生改变时，需要重新调试、寻找另外的控制参数，给系统带来诸多不便。H∞控制算法具有鲁棒性好、抗摄动能力强等优点现在越来越多地用在各类控制系统中，但是H∞控制器的结构较复杂，求解过程相对繁琐，且需要被控对象模型精确。

发明内容

针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于状态空间分析确定被控对象状态空间方程，能够快速获取H∞控制器控制参数的基于状态空间分析的磁悬浮飞轮电池H∞控制方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于状态空间分析的磁悬浮飞轮电池H∞控制方法，其中，磁悬浮飞轮电池包括H∞控制系统和被控对象，H∞控制系统包括H∞控制器和对应的控制系统加权函数W₁、W₂和W₃，H∞控制方法为将被控对象的状态空间方程代入到闭环控制系统传递函数中，并结合控制系统加权函数求解获得H∞控制器的控制参数，H∞控制器根据控制参数对被控对象进行控制，其中，所述被控对象的状态空间方程如下式所示：

其中，G₁₁(s)、G₁₂(s)、G₂₁(s)和G₂₂(s)分别表示状态空间方程G(s)的子向量矩阵，G₁₁(s)=A、G₁₂(s)=[P Q]、G₂₁(s)=L、G₂₂(s)=[O O]；A=OI-KM-CM,P=OIM,]]>Q=O-IM,]]>L＝[I O]，O表示零矩阵，所述被控对象包括储能飞轮，M为储能飞轮的质量矩阵，C为储能飞轮的阻尼系数矩阵，K为储能飞轮的位移刚度矩阵，I为单位矩阵。

作为本发明的一种优选技术方案，所述被控对象的状态空间方程根据所述储能飞轮的运动微分方程按如下方法获得：其中，所述储能飞轮的运动微分方程如下：