考虑磁悬浮轴承非线性特征的空间自适应PID控制方法

摘要

为解决磁悬浮鼓风机控制器设计时转子偏离工作中心点后，非线性化磁场动态特性带来的控制器与被控对象之间的不匹配问题，提出一种考虑磁悬浮轴承非线性特征的空间自适应比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制方法.首先，构建考虑磁场非线性磁力模型，分析转子空间稳定参数.结合刚性与弹性动力学，建立系统状态方程描述转子空间位变特性.进而，设计空间自适应PID控制模型，优化响应速度与超调量，确保在外界扰动下，外部快速响应与内部高度稳定并存，解决非工作点控制失衡难题.最终，搭建实验平台，对比人工扰动下常规PID控制和自适应PID控制作用下转子状态.结果显示，自适应PID控制能有效解决转子在非最优工作点可能出现的失稳问题，且压力波动稳定在10 N左右，位移偏差控制在±0.01 mm范围.

关键词

比例积分微分控制器 / 非线性力学模型 / 泰勒级数展开 / 磁悬浮轴承

基金资助

福建省自然科学基金资助项目(2021J01853,2021J01850)