[发明专利]基于耗散哈密顿系统的磁悬浮飞轮反馈控制系统

说明书

本发明公开飞轮电池控制技术领域中的一种基于耗散哈密顿系统的磁悬浮飞轮反馈控制系统，交流电源频率输入到速度电角度的计算器中，三相电流输入到3s/2r变换器中；速度电角度的计算器输出的是实时速度和电角度，实时速度输入到负载阻力观测器和反馈耗散哈密顿控制器中，电角度输入到2r/3s变换器b2和3s/2r变换器中；3s/2r变换器输出的电枢电流输入到反馈耗散哈密顿控制器，负载阻力观测器的输出端依次连接系统稳态平衡点的求取器、反馈耗散哈密顿控制器、2r/3s变换器、SVPWM逆变器和.磁悬浮飞轮；通过负载阻力观测器对负载扰动在线观测，提高系统的动态响应能力和控制精度；采用反馈耗散哈密顿系统控制方式，节省时间和计算过程。

技术领域

本发明属于飞轮电池控制技术领域，具体涉及一种基于保守非线性的耗散哈密顿控制系统的磁悬浮飞轮反馈控制系统。

背景技术

磁悬浮飞轮电池是一种高效率、清洁且具有高比功率、充电快、寿命长、高转速的新型储能电池，它可以取代UPS中的化学储能电池，在航空航天、交通运输、电力能源等领域有广泛的应用前景。为了进一步提高飞轮电池的储能能量，提高飞轮的转速尤为重要，但是高速甚至超高速的飞轮转子很容易导致转子高速运行时陀螺效应加重，容易造成飞轮电池转子失稳甚至损毁。而采用何种方法抑制陀螺效应使高速运转下的飞轮变得稳定成为难点，传统方式是采用PID控制或LQ控制以及滑模控制来抑制陀螺效应，但是由于PID控制结构复杂、有转速外环、需要调节6个参数且阻尼有上界因而不能完全满足高速下磁悬浮飞轮的要求；LQ控制需要求解控制器的复杂的二次目标函数。

耗散哈密顿系统可以直接利用构造控制闭环系统能量函数来实现对系统控制，只需要调节2个参数，减少系统的复杂性，且利用能量整形观点设计的控制器能够保持系统的渐进稳定性，这是其他方法不能比拟的。耗散哈密顿系统作为非线性学科的一个重要研究方向，广泛存在于物理科学、生命科学与工程科学等众多领域中，耗散哈密顿的系统模型是从力学发展而来的，很多经典力学，天体力学及生物工程中的模型都可以用耗散哈密顿系统的形式来表示。然而严格的力学条件以及实际因素限制了量子力学等学科的理论基础，因此限制了耗散哈密顿力学的范围。耗散哈密顿系统利用互联和阻尼配置的方式实现对飞轮速度控制器的设计使飞轮转速得到控制，但是由于通常情况下系统参数往往不确定且数学模型较难建立，耗散哈密顿系统只能满足部分飞轮运转时的条件因而实际运行中会出现高速运行下不稳定、效率低抗干扰能力差等诸多问题。因此对于参数未知的系统可以通过设计反馈耗散哈密顿来实现，通过反馈方式来寻找对应的规律将系统的能量变为期望的能量形式，使磁悬浮飞轮系统具有很好的控制效果和抗干扰能力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种针对磁悬浮飞轮的基于反馈耗散哈密顿的反馈控制系统，使得磁悬浮飞轮在高速状态下稳定运行，抑制陀螺效应，提高飞轮储能的效率，增加其抗干扰性，提供更好的控制精度。