基于飞轮储能系统的超声悬浮电机轴承径向振动控制

作     者：陈邦续 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙晓东

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：飞轮储能系统 超声悬浮轴承 PID控制器 分数阶PID 模糊分数阶PID 

摘      要：超声悬浮轴承是当今电机学中研发的新型结构的电机轴承系统，超声悬浮轴承相比于传统接触式轴承具有运转摩擦力小、转速高、无需润滑等特点，它的这些特点使得它在很多领域可以得到很好的应用。飞轮储能系统的储能量主要取决于电机的转速，转速越高储能越大，所以把超声悬浮轴承应用到飞轮储能系统中可以更好的发挥超声悬浮轴承高转速的特点。 本文主要研究飞轮储能系统中超声悬浮轴承的径向振动控制。首先，建立超声悬浮轴承系统的数学模型，超声悬浮轴承的结构包括超声压电换能器、悬浮轴承以及检测反馈装置三部分。超声悬浮轴承系统的模型建立中涉及到很多声学和力学的运算和定理的推导，文中对整个系统做了适当的简化处理和类比处理。其次，对超声悬浮轴承的径向振动控制方法做了深入研究，包括分数阶PID控制方法的研究和模糊分数阶PID控制方法的研究，在分数阶PID控制方法的研究中，介绍了分数阶PID控制方法的理论基础分数阶微积分，同时通过设计分数阶PID控制器研究了分数阶PID控制器的数字实现方法和参数变化对系统性能的影响，然后在Matlab中对分数阶PID控制算法进行了仿真研究。模糊分数阶PID控制算法是对分数阶PID控制算法的进一步改进的控制算法，它把模糊控制的方法应用到分数阶PID控制的参数整定中，在模糊分数阶PID控制算法的研究中，主要是介绍了模糊控制的理论，同时把模糊控制算法应用到分数阶PID中，把分数阶控制器中的三个参数Kp，Ki，Kd进行模糊化处理，把模糊控制的方法应用到分数阶PID控制算法中也就是实现分数阶PID控制算法参数的模糊化对于实现控制参数的自整定是很好的方法。最后，结合分数阶PID控制算法和模糊分数阶PID控制算法，通过对两种控制算法的仿真分析对比它们在超声悬浮轴承系统径向振动控制中的控制效果。