《超精密磁浮直線運動的非線性耦合建模與解耦控制研究》是依託中南大學，由周海波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超精密磁浮直線運動的非線性耦合建模與解耦控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周海波
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁浮直線運動是一種非接觸式、無摩擦直線定位運動。在超精密、超潔淨、高效率製造設備中具有明顯優勢和廣泛的套用前景。為實現平台的超精密快速運動，一般採用多對電磁鐵與電磁直線電機協同工作實現多自由度的運動。然而，一方面由於各電磁力及電機推力之間存在的非常明顯的動力學耦合及磁場耦合，我們不但對該耦合的存在形式不了解，相應的解耦控制方法也不得而知；另一方面由於磁極內部存在的磁滯、磁阻、漏磁通、磁飽和渦流等非線性特性，及電磁力的空間分布特性,目前無法做到電磁力的精確控制，這也是無法實現解耦控制的原因之一。尤其是當運動精度達到微米級別時，以上特性的影響更為突出。本項目即擬通過研究磁極內部各種非線性特性的存在形式及其對電磁力精確控制的影響規律，找出電磁力的精確控制方法；查明各電磁力及電機推力間的動力學耦合、磁場耦合形式，建立其耦合模型，並找出相應的解耦控制算法，最終實現運動平台的超精密、快速直線運動。
結題摘要
磁懸浮直線運動是一種非接觸、無摩擦的大行程精密直線定位運動，具有廣泛的套用前景。為實現精密快速大行程運動，磁浮直線運動一般採用多對電磁鐵協同工作以實現懸浮體的穩定懸浮，同時利用電磁直線驅動裝置驅動懸浮體作無接觸式大行程直線運動。然而，由於各電磁支撐力間存在明顯的動力學耦合及磁場耦合，且磁極內部存在磁滯、磁阻、漏磁通等非線性特性，難以實現精密快速的磁浮直線運動。本項目擬通過研究磁極內部各非線性特性的存在形式及其對電磁力精確控制的影響規律，找出電磁力的精確控制方法；查明各電磁支撐力間的動力學耦合、磁場耦合形式，建立其耦合模型，並找出相應的解耦控制算法，最終實現精密、快速大行程磁浮直線運動。三年來，取得的成果有：（1）通過研究電磁鐵中磁滯、磁阻不均及漏磁通等特性對電磁力的影響規律，建立了電磁力的精確控制模型，設計了一種具有自適應能力的二型模糊控制器，提高了電磁力的控制精度；（2）針對磁浮直線運動的多輸入多輸出非線性耦合特性，研究了磁浮直線運動的非線性/線性耦合建型，利用實驗數據對模型進行了驗證；（3）結合有限元分析與實驗驗證，找出電磁鐵間磁場耦合形式主要表現為磁力線互串，可通過採用不同磁鐵類型和最佳化的空間位置設計來減少、隔斷磁鐵間的磁場耦合；（4）通過分析磁浮直線運動中多個驅動力間的動力學耦合特性，提出了一種將懸浮位置反饋與懸浮力反饋相結合的雙反饋解耦控制策略，實現了多個耦合驅動力間的動力學解耦控制；（5）提出了一種主從式變參考的魯棒模糊自適應解耦控制方法，有效地減少了變參考對磁浮直線運動性能的影響；（6）針對磁浮運動中存在的非線性、不確定性特性，開展了對二型模糊控制、分段模糊集式二型模糊自適應控制的研究，有效提高了磁浮直線運動性能和控制器魯棒性。課題發表學術論文12篇（僅包括課題負責人為第一作者或者通訊作者的文章），其中SCI收錄7篇、EI收錄9篇，授權發明專利2項、申請發明專利1項。其中部分論文發表在知名期刊《IEEE Trans. on Fuzzy Systems》（SCI影響因子5.48）、《Control Engineering Practice》（影響因子1.67）、《IEEE Trans. on Magnetics》（影響因子1.42）和《Journal of Central South University》（影響因子0.43）。
