磁浮軸承之可變結構控制

Abstract

磁浮軸承的發展，兼具有高轉速、大負載、壽命長、使用範圍廣、可靠度 高等特性，可取代傳統軸承，成為自動化技術之利器。然而磁浮軸承系統 之動態特性，具有嚴重非線性、不穩定平衡、參數變動及外力干擾嚴重等 問題，為解決這些問題，必需使用具有強健性之回授控制方法穩定之，因 此本文採用強健性良好的可變結構控制理論來設計控制器。可變結構控制 之控制器設計，首先選擇適當之滑動平面，然後設計控制輸入，滿足所謂 滑動模式存在條件，使系統在狀態平面上之代表點，由任意之起始狀態， 皆能撞擊滑動平面，並沿該滑動平面滑動至狀態空間之原點。當系統進入 滑動模式，系統動態反應受控於滑動平面，因此不受系統參數變動的影響 ，且對外界干擾具有低靈敏度，使系統具有強健性。本文控制器的設計分 為一般的可變結構控制器、加入積分型式的可變結構控制器及考慮分散控 制的可變結構控制器三種。其中分散想法的提出，大幅簡化了控制器之設 計，提高控制器實現的可行性。模擬結果發現磁浮可變結構控制系統對質 量偏心、步階外力與脈衝外力干擾的抑制能力，均較傳統的PD控制器為佳 ，並發現積分型可變結構控制器對穩態誤差之消除有較佳之性能，另外， 更進一步得到分散式可變結構控制器與一般可變結構控制器有近乎相同的 性能。