磁浮系統之驅動控制系統設計

Design of Maglev Drive Control System

吳明叡(Ming-Jui Wu)

指導教授 ： 李政道

國立虎尾科技大學/工程學院/自動化工程研究所/碩士(2014年)

https://doi.org/10.6827/NFU.2014.00232

摘要

磁浮軌道系統主要可區分為磁力懸浮與推進移動兩部分，在磁力懸浮的過程中，氣隙、電流與磁力呈現非線性的關係，導致系統擁有高度非線性與不穩定的特性，因此本研究先分析磁浮系統的磁力組成，再根據牛頓第二運動定律建立磁浮系統的動態模型，來設計主動控制策略並維持系統的穩定。本研究首先發展遞迴步階控制達成磁浮系統穩定平衡之目的，然而為改善傳統遞迴步階控制對於系統詳細參數之需求與減輕控制力抖動現象，本研究更進一步結合不確定量估測器，針對系統的不確定量設計一估測器使控制系統擁有更佳的強健性。此外，為了簡化控制系統架構並增加控制性能，採用第三章設計之電流控制器。本研究所設計之控制策略法則皆由李亞普諾夫穩定分析的推導中獲得，即使磁浮軌道系統存在不確定量時，整個閉迴路控制系統依然可以保證漸進穩定，最後利用數值模擬與實作結果來佐證本研究所提出控制策略之可行性與強健性。

關鍵字

磁浮軌道系統 ； 磁浮系統 ； 電流控制器 ； 遞迴步階 ； 不確定量估測

並列摘要

The linear maglev vehicle system consists of two parts including magnetic-levitation and linear motion. The relation between air gap, current and magnetic force in magnetic-levitation cause the maglev mechanism has highly nonlinear and unstable characteristics. Therefore, this master thesis analyzes the magnetic model and designs dynamic model by Newton’s second law of motion for maglev system. The control strategies are designed by magnetic model to keep the maglev system stability. Then, a backstepping control (BSC) is firstly designed for the stable balancing control of maglev system. In order to relax the requirement of detailed system parameters and to eliminate the chatting phenomena, a estimator backstepping (EBSC) is further investigated. To simplify the control scheme and increase the system response, the current controller is designed in the third chapter.All the control strategies in this thesis for the linear maglev vehicle system are derived in sense of Lyapunov stability analysis so that the asymptotical stability of the closed-loop control system can be guaranteed.Finally, the effectiveness and robustness of the proposed control strategies in this thesis are verified by numerical simulations and experimental results.

並列關鍵字

Linear magnetic-levation rail system ； Maglev system ； Current controller ； Backstepping control ； Estimator

參考文獻

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