摘要
主动磁悬浮轴承利用电磁铁产生的电磁力使转子稳定悬浮，转子与定子之间不存在机械接触，相较于传统轴承具有功耗低、寿命长、控制精度高等优点，被广泛应用于机械制造、航天、军工等领域。主动磁悬浮轴承系统的核心是控制模块，利用控制器保证转子悬浮过程的稳定性。控制器性能的优劣对于磁悬浮轴承的动态性能具有很大的影响，因此保证控制器的稳定性与精确性对于磁悬浮轴承系统至关重要。为了优化磁悬浮轴承的控制方法，本文基于滑模变结构控制理论，结合多种现代控制理论设计了磁悬浮轴承系统的控制器。 本文首先对磁悬浮轴承国内外研究情况进行了梳理，总结了磁悬浮轴承的控制算法。通过对主动磁悬浮轴承进行受力分析，建立了单自由度磁悬浮轴承的数学模型，并在此基础上建立了五自由度磁悬浮轴承转子系统的数学模型。 进而基于滑模控制理论，结合固定时间稳定性理论设计了磁悬浮轴承固定时间滑模控制方法，仿真实验验证了该控制器的有效性，转子能够迅速恢复到稳定状态。同时针对滑模控制中存在着抖振这一固有问题，结合模糊控制理论设计了固定时间模糊滑模控制器，通过模糊控制自适应调节控制器的切换增益，以削弱系统抖振，仿真实验证明了该控制器对于削弱系统抖振具有良好效果。 最后，针对线性滑模收敛速度较慢的缺点，提出利用非奇异快速终端滑模控制理论对传统滑模控制的改进方法，并结合同步控制策略设计了五自由度磁悬浮轴承非奇异快速终端滑模同步控制器。该控制器能够使五自由度磁悬浮轴承系统同步到达稳定状态，提升了传统滑模控制的收敛速度，并通过仿真实验验证了该控制器的有效性。
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