单周期电流控制在悬浮系统中的应用

摘要

中低速磁悬浮列车克服了轮轨列车固有的轮轨约束缺点，具有环保、低噪、爬坡能力强、转弯半径小等优势，成为城市轨道交通的新宠。悬浮列车采用“磁轮”模块化结构，降低了悬浮控制点之间的机械耦合，因此可以将整车悬浮的研究细化为对单电磁铁悬浮控制的研究。 论文以单电磁铁悬浮系统为研究对象，分析了斩波器单周期控制算法，建立了基于电流环单周期控制的悬浮系统模型，通过仿真和实验证明将单周期算法用于悬浮系统电流控制中可以实现对指令信号快速准确跟随，能够满足系统稳定悬浮要求。 首先，推导了斩波器电流数字单周期控制算法，给出电磁铁线圈电感参数识别的方法，并用Matlab/Simulink 仿真平台对电流单周期控制与 PID 控制的效果进行仿真比较。仿真结果表明PID控制动态性能较好，而单周期控制稳态性能更优良。 其次，将单周期控制算法分别用于悬浮系统电流控制模型和力反馈控制模型的恒流控制环节进行仿真，仿真结果表明采用电流单周期控制的悬浮系统都可以实现空载稳定悬浮。但在50%加、减载瞬间，电流控制模型出现幅值为2.3mm气隙波动，而力反馈模型气隙几乎不受影响；对幅值为0.5mm，频率为5Hz的正弦和方波气隙信号进行跟随时，电流控制模型出现严重的幅值失真，而力反馈控制模型则可以准确跟随。 最后，搭建了以DSP28335为控制器的单电磁铁悬浮系统，将单周期控制算法应用在悬浮控制系统的电流控制环节，实现了系统稳定悬浮。同时，实验对比了悬浮系统电流控制模型和反馈控制模型几种典型工况的控制效果。 仿真和实验结果表明数字单周期控制可以实现线圈电流对指令信号快速准确跟随，将数字单周期控制应用到悬浮系统的电流控制中能够实现系统稳定悬浮。总体上讲，在电流单周期控制的前提下，悬浮系统力反馈控制模型比电流反馈控制模型具有更好的动态调节能力。

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