基于擴張狀態觀測器的磁懸浮球連續滑模控制①

趙 磊 王軍曉 黃光普 徐彬彬 俞 立

(浙江工業大學信息工程學院 杭州 310023)

0 引 言

由于磁懸浮系統具有無機械磨損、無污染、無須潤滑、系統可靠等優點，已被廣泛應用到工業、航空、醫療等眾多領域中，其中最具代表性的有磁懸浮列車[1]、磁懸浮軸承[2]、無軸承電機[3]和磁懸浮飛機[4]。但磁懸浮系統往往是多自由度的復雜非線性系統，其數學模型非常復雜，如磁懸浮列車，其構造復雜，具有多個自由度，運行速率高，對控制算法的可靠性、實時性提出了很高的要求。 諸如此類的問題都給磁懸浮系統的高性能控制帶來了巨大的考驗。

相比于其他復雜多自由度磁懸浮系統，磁懸浮球系統則是一個典型的單自由度系統[5]。它可以作為研究其他復雜磁懸浮系統的基礎平臺，使研究人員能更加專注于控制策略的研究。但磁懸浮球系統為復雜的非線性系統，具有開環不穩定性，而且容易受到外界因素的干擾，如風力和系統老化等，無法對其精確建模。所以設計一種簡單、具有較強抗干擾能力且不完全依賴于系統精確模型的磁懸浮球控制器是一件很有意義和挑戰性的工作。近年來，已經有很多控制算法應用到磁懸浮球系統中，如PID控制算法[6，7]、狀態反饋控制算法[8]、模糊控制算法[9]、魯棒控制算法[10]、神經網絡控制算法[11]等。

由于滑模控制對系統的不確定因素具有良好的魯棒性[12]，因此在磁懸浮球平臺上也有很多研究和應用成果，如文獻[13]采用等速趨近律實現了對磁懸浮球的控制，但控制過程中的非連續切換引起了較嚴重的抖振現象。……