磁浮軸承分散控制與質量偏心補償之研究

Abstract

本論文針對永久磁鐵與電磁鐵混合式磁浮軸承所支撐之磁浮轉子系統進行 分散控制及質量偏心補償研究。 在分散控制方面，對磁浮轉子系統半分 散式及分散式控制成立之條件加以分析、推導，以簡化控制器的設計與實 現。對分散式PD控制，以理論證明其穩定性不受轉子轉速影響；對於分散 式PID控制，則針對長短不同之轉子系統，探討陀螺效應對於系統穩定性 之影響，並得到長轉子系統較適合使用分散式PID控制器之結論。實驗結 果也證實分散式 PD、PID控制系統在0至12,000 rpm之轉速內，其振幅均 在1/10氣隙以內，操控性能符合本組磁浮軸承之設計要求。 另一方面 ，磁浮軸承轉子系統具有非線性之動態特性，外力干擾問題嚴重，因此本 文也採用強健性良好之可變結構理論來設計控制器，並結合分散控制之構 想，設計出一組適用於此轉子系統之分散式可變結構控制器，實驗結果發 現此控制器對步階及脈衝等干擾外力之抑制效果均較傳統PD控制器為佳。 唯為了消除顫振現象而採用飽和函數法使得其對週期力之影響無法完全消 除。 為了消除質量偏心所引起之週期晃動，本論文提出一種力量估測 器，藉由估測轉子位置及速度，也將外力干擾之大小估測出來，並將之回 授至轉子系統中，能將偏心晃動減低百分之五十左右。