一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池h∞控制方法

2023-04-30 03:11:56 3

一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池h∞控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池H∞控制方法，將被控對象的狀態空間方程代入到閉環控制系統傳遞函數中，並結合控制系統加權函數求解獲得H∞控制器的控制參數，H∞控制器根據控制參數對被控對象進行控制，基於狀態空間分析確定被控對象狀態空間方程，能夠快速獲取H∞控制器的控制參數，有效提高了磁懸浮飛輪電池系統魯棒穩定性和抗幹擾、抗攝動能力，有助於磁懸浮儲能飛輪高速穩定轉動，增加磁懸浮飛輪電池的比功率和比能量。
【專利說明】—種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池H⑴控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池H C?控制方法。
【背景技術】
[0002]磁懸浮飛輪電池利用不接觸的旋轉飛輪儲存機械能，是一種以儲存機械能代替電能的二次放電設備，具有高比功率、高比能量、充放電快、高轉速、壽命長以及環境友好等優點，在航空航天、交通運輸、醫療器械、工業應用及電力能源等領域有著廣泛的應用前景。磁懸浮儲能飛輪一般可由超導、永磁、混合、主動等形式的磁軸承支撐懸浮，其中，超導磁懸浮飛輪的超導材料造價昂貴且對溫度條件要求極高，需要在超低溫壞境下使用，永磁和混合磁懸浮飛輪結構設計複雜，控制溫度性相對較差，主動磁懸浮飛輪具有主動控制、動剛度可調等優點，應用較廣泛。
[0003]主動磁懸浮飛輪控制系統一般採用P1、PID等經典控制算法，該類算法結構簡單、調試方便，但該類算法需要調試的參數較多，在實際使用過程中，需要花費大量調試時間尋找合適的控制參數，當被控對象發生改變時，需要重新調試、尋找另外的控制參數，給系統帶來諸多不便。H c?控制算法具有魯棒性好、抗攝動能力強等優點現在越來越多地用在各類控制系統中，但是H c?控制器的結構較複雜，求解過程相對繁瑣，且需要被控對象模型精確。

【發明內容】

[0004]針對上述技術問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種基於狀態空間分析確定被控對象狀態空間方程，能夠快速獲取H c?控制器控制參數的基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池H c?控制方法。
[0005]本發明為了解決上述技術問題採用以下技術方案:本發明設計了一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池H c?控制方法，其中，磁懸浮飛輪電池包括H c?控制系統和被控對象，H c?控制系統包括H c?控制器和對應的控制系統加權函數%、W2和W3, H c?控制方法為將被控對象的狀態空間方程代入到閉環控制系統傳遞函數中，並結合控制系統加權函數求解獲得H c?控制器的控制參數，H c?控制器根據控制參數對被控對象進行控制，其中，所述被控對象的狀態空間方程如下式所示:
[0006]
【權利要求】
1.一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池H C?控制方法，其中，磁懸浮飛輪電池包括H 控制系統和被控對象，H OO控制系統包括H 控制器和對應的控制系統加權函數WpW2和W3，其特徵在於:H c?控制方法為將被控對象的狀態空間方程代入到閉環控制系統傳遞函數中，並結合控制系統加權函數求解獲得H c?控制器的控制參數，H c?控制器根據控制參數對被控對象進行控制，其中，所述被控對象的狀態空間方程如下式所示:
2.根據權利要求1所述一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池Hc?控制方法，其特徵在於，所述被控對象的狀態空間方程根據所述儲能飛輪的運動微分方程按如下方法獲得:其中，所述儲能飛輪的運動微分方程如下:
3.根據權利要求1所述一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池Hc?控制方法，其特徵在於，所述閉環控制系統傳遞函數如下:
Tc (s) = G11 (s) +G12 (s).Kh(1-G22 (s).KH)-1G21 (s) (7) 其中，Tc(s)為閉環控制系統傳遞函數矩陣，Kh為所述H c?控制器的控制參數。
4.根據權利要求3所述一種基於狀態空間分析的磁懸浮飛輪電池Hc?控制方法，其特徵在於，所述H c?控制器的控制參數按照如下方法進行獲得: 將式(6)代入式(7)中，根據邊界條件，獲得所述H c?控制器的控制參數Kh，邊界條件如下:
【文檔編號】G05B13/04GK103605289SQ201310576352
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】高輝, 申景金, 馬海嘯, 付蓉, 榮麗娜 申請人:南京郵電大學