[发明专利]一种基于磁悬浮减震装置的预测控制方法

说明书

本发明涉及精密仪器保护领域，具体地说，是一种基于磁悬浮减震装置的预测控制方法。这种方法利用磁悬浮技术主动式抬升高精密设备，使其实现主动避震与降噪，具体包括以下内容：分析磁悬浮抬升减振保护装置的工作原理，列写偏移方程和转动方程，其为非线性方程；将列出的非线性方程线性化，以电流为控制量列写状态方程；将磁悬浮抬升减振保护装置的状态方程采用前项欧拉法离散化，列写预测控制方程，设计预测控制器；针对被悬浮抬升保护的物体偏移位置和转动角度的约束，设计优化算法；进一步优化算法，给出迭代求解步骤，最终迭代求取最佳解。

技术领域

本发明涉及精密仪器保护领域，具体地说，是一种基于磁悬浮减震装置的预测控制方法，利用磁悬浮技术抬升高精密设备，使其实现主动避震的控制方法。

背景技术

船舶设计中，尤其是水下特种船舶，如潜艇、水下机器人、水下载人探测器，对于精密仪器有着严格的避震要求。船舶避震还与陆地车辆有所不同，陆地车辆避震只需要考虑与地面垂直方向的振荡力，而船舶尤其是水下航行的特种船舶需要考虑全方位的振荡干扰力。这种全方位的振荡干扰力会引起重要设备的结构疲劳，对设备的使用寿命造成影响，重要的是重要设备的主动避震技术可以极大减低设备运行噪音，增强船舶运行的隐蔽性。目前针对船舶重要设备的减振措施主要有：

(1)增大机座尺寸增强机座刚性

这种方法可以一定程度降低设备振幅、消除外部干扰。但是机座的尺寸与刚度不能无限制提高，其还需要服从布置和经济性的需要。

(2)采用弹性支撑和连接

船舶重要设备避震一般采用这种方法，弹性材料主要有橡胶隔振器和金属隔振器等形式。橡胶隔振器价格便宜、不易变形，但是在高温下容易老化，并且弹性变差，而且会燃烧；金属隔振器虽然不受温度影响，不会老化，易生产。但是由于本身阻尼很小，在共振时传递比非常大，此外高频时金属隔振器会传递振动等。

(3)液压框体

液压框体是水下船舶尤其是安静性要求极高的潜艇用于重要设备减振消声的重要设备，其利用液压杆构成可变形框体，可以将重要设备安装在其中，仅由液压杆连接设备与外壳框体，当设备运行自身振动或受到外部振动干扰时，液压杆可以收缩吸收振动阻尼，达到消声阻震的作用。液压框体可以实现全方位的避震，但是其体积较大，造价可观。

发明内容

针对上述减振方法的缺点，本发明提出一种磁悬浮避震装置，并设计了设备的控制算法，其将利用磁悬浮抬升减振保护装置将重要设备悬空，将其与船体的接触有效隔离，从而达到减振、消声的目的。这种装置采用模块化设计思路、单个模块结构简单、整体系统易于快速检修、体积小巧。此外针对主动式磁悬浮PID控制装置鲁棒性较差，对外界扰动敏感的缺点，本发明提出一种预测抬升重物运动轨迹并对其调节的控制算法，对PID方法相比，本发明所述的方法响应速度更快，鲁棒性更强，在优化控制过程中考虑随机扰动因素，形成实时闭环的动态控制，具有较强的抗干扰能力。

本发明是一种基于斥力型磁悬浮模型的磁悬浮主动减振控制技术，其根据斥力型磁悬浮模型，推算动态稳定过程中系统的最佳输入。针对被提升的物体容易受到外界干扰，比如船舶航行时受到水流的影响造成船体摇晃，或者由于自身的振动造成的位置偏差，旋转等现象，本发明设计了一种预测控制器，该控制器能够使系统更快地进入动态稳定状态，实现对物体姿态的控制。

本发明披露的一种基于磁悬浮减震装置的预测控制方法，具体技术方案包括以下步骤：

步骤一：提出一种磁悬浮减震装置模型，能够使得振动和噪声的传播得到有效限制；

步骤二：基于磁悬浮减震装置，分析其工作原理，考虑其受到扰动引起被抬升物的偏移和转动，建立运动学方程和转动方程，其为非线性方程；

步骤三：将列出的非线性方程线性化，以电流为控制量列写状态方程；