1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1. 单自由度磁悬浮轴承h∞控制策略研究课题背景与意义

电磁悬浮轴承是利用磁力实现无接触的新型轴承,具有无接触、不需要润滑和密封、振动小、使用寿命长、维护费用低等一系列优点,属于高技术领域。磁浮轴承的研制不仅可以填补国内空白,而且可以带动机电行业的很多相关企业进行产品结构调整,形成新的经济增长点。此外,电磁悬浮轴承的研制具有重要的国防应用价值,可为我国制以磁轴承支承的新一代航空发动机储备先进的科学技术。电磁悬浮轴承是典型的机械电子学产品,机械电子学是融机械工程、电气工程、计算机科学于一体的跨学科工程领域。

尽管对磁力轴承基本原理方面的研究均已完成, 但普遍存在的轴承转子系统在高速运行时的稳定性问题已成为这一技术推广应用的瓶颈。而分析研究磁力轴承转子系统特性的困难在于磁力轴承支承特性(刚度和阻尼) 的确定, 因为磁力轴承是一个复杂的机、电、磁耦合系统, 无法使用传统的滑动轴承或滚动轴承的刚度、阻尼系数计算方法。磁力轴承控制系统属于强耦合系统,存在着很强的非线性。难以建立精确的数学模型. 为了实现高精度的控制,经常采用复杂的控制算法。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.本课题要解决的问题

尽管电磁轴承理论部分的研究已有一定进展，并且国外已经在很多领域有了成功的应用，但是由于电磁轴承系统的研究所涉及的领域众多，因此其基本究及理论技术有很大难度。目前存在的关键问题包括设计新型控制系统和新型功率放大器件。

控制器是电磁轴承的控制系统，是电磁轴承系统的核心，其性能直接影响到轴承整体性能。电磁轴承系统由于本身具有的不稳定性和强烈的非线性特征，因此其控制器的设计成为难点。目前的研究普遍采用工业上应用较为广泛的pid控制方式作为电磁轴承系统的控制器。pid控制器分为模拟pid控制器和数字pid控制器，模拟pid控制器由模拟电路搭建，由各种比例放大器和积分微分电路实现pid 功能。但是模拟式pid控制器调整参数的时候只能通过改变电路器件调整，对于电磁轴承使用非常不便。数字pid控制器的参数调整只需修改程序，因此其使用方便，且调整范围大，同时通过高性能数字信号处理器的使用，可以实现复杂的控制算法，并且可以实现在线识别，故障检测等其他额外的任务。常规pid控制器存在着超调量大，初期振荡，稳定速度慢及鲁棒性不强等问题，并且pid参数的选择需要一定工程经验，因此选择更好的控制器成为了改善电磁轴承性能的方向。由于电磁轴承系统的特殊性，因此直接套用现有的控制算法往往不能取得良好的控制效果，因此需要对控制系统的控制算法进行专门的分析设计。