モデルの同定と補償器設計の繰り返し設計法にもとつく磁気軸受のロバスト制御

基于补偿器设计模型辨识和迭代设计方法的磁力轴承鲁棒控制

基本信息

批准号：
11750385
负责人：
平田光男
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

磁気軸受は,非接触支持が可能で摩擦を零と見なせることから超高速回転の技術的な壁を一気に打破するものとして近年期待が大きい。しかし,不安定かつ非線形系で高次共振モードを多数持つことから,制御系設計のためのモデリングが難しいという問題がある。そこで,本研究では,制御のためのモデリングを念頭に置き,近年注目を浴びている,同定と制御器の繰り返し設計法の適用を試みた。具体的には,重み付き感度関数のH_∞ノルムを最適化すべき制御仕様としてJ_<global>で定め,H_∞制御,及び,ARMAXモデルに基づく予測誤差法を繰り返すことで,J_<global>の最適化をはかる手法を適用し,その効果を実験的に検証した。その結果,以下の知見を得ることができた。1.多入出力系である磁気軸受系を,フロント側とリア側で分散制御するとを考え,両者の間に干渉はないものと見なして,1入出力系で繰り返し設計を行った。これにより,システム同定で得られるモデルの質が向上し,繰り返し設計の解が収束する様になった。また,得られる制御対象のモデル及び制御器は,システム同定の後に1度だけ制御器を設計する従来手法に比べ,制御性能が向上することが確認された。従って,本手法は,多入出力系である磁気軸受系に対する現実的かつ実用的な適用法であると言える。2.システム同定の際のパラメータの選定に自由度が非常に多く,その決定は必ずしも容易ではない事が明らかとなった。なお,磁気軸受系を多入出力系のまま,繰り返し設計法を直接適用すると,予測誤差法に基づくシステム同定がうまくゆかない場合が多々見られた。従って,同定と補償器設計の繰り返し設計法では,制御対象が多入出力系の場合,特にシステム同定の良否が結果を大きく左右する事がわかった。これに関しては今後の課題となる。

磁力轴承能够实现非接触式支撑，可以认为是零摩擦，因此近年来人们对其能够快速打破超高速旋转的技术壁垒寄予厚望。然而，由于它是一个不稳定的非线性系统，具有多种高阶谐振模式，控制系统设计的建模非常困难。因此，在本研究中，我们尝试应用近年来引起关注的辨识和控制器迭代设计方法，并考虑到控制建模。具体地，在J_<global>中定义加权灵敏度函数的H_∞范数作为待优化的控制规范，通过重复H_∞控制和基于ARMAX模型的预测误差方法，确定J_<global>。我们应用了优化方法并通过实验验证了其有效性。结果，我们获得了以下知识。 1.考虑到磁力轴承系统是一个多输入/输出系统，需要在前侧和后侧之间进行分布式控制，并假设两者之间不存在干扰，我们反复设计了一个单-输入/输出系统。从而提高了系统辨识得到的模型质量，迭代设计的解收敛。此外，还证实，与系统辨识后仅设计一次控制器的传统方法相比，所获得的被控对象模型和控制器的控制性能得到了提高。因此，该方法可以说是磁力轴承系统这种多输入/输出系统的一种现实可行的应用方法。 2. 在系统辨识过程中，选择参数有很多自由度，而且很明显，做出决定并不总是容易的。此外，如果将迭代设计方法直接应用于磁力轴承系统作为多输入/输出系统，基于预测误差方法的系统辨识常常失败。因此，在辨识与补偿器设计的迭代设计方法中，当被控对象为多输入/输出系统时，发现系统辨识的质量对结果影响很大。这将是未来的问题。