电磁轴承系统属于复杂的非线性、开环不稳定系统,而且在被控转子的工作中各种外界干扰,如负载、冲击、振动等,无法精确描述,同时,被控制转子在高速旋转中产生陀螺力矩使系统的描述更为困难,因此其控制问题十分复杂。Matsumura等人将H∞控制用于径向电磁轴承控制,以消除转子的不平衡振动[2],以固定结构的控制器去控制一族对象,要使闭环系统能正常工作,往往会显得被动和难以适应,另外,为了提高控制精度,需要构造状态观测器,这样就增加了控制系统的复杂性[3]。Nonami和Ito等人把μ综合的方法用于电磁轴承的控制中,以实现对转子质量变化的鲁棒性[4],然而这种方法是基于被控转子在平衡点附近线性化,当转子远离平衡点时,系统的性能严重恶化。
近年来,在电磁轴承控制中,滑模变结构控制[5]越来越多地受到人们的关注。不同于一般的控制方法,它根据当前系统的状态以跃变的形式确保系统在切换面上运动,从而与系统的参数和外扰无关,这种“以万变应万变”控制方法能获得满意的动态品质。但是,在控制器设计中,常规滑模变结构控制容易引起转子“抖动”问题[6],克服抖动是成功应用滑模控制的关键。针对这一问题,本文应用滑模变结构控制结合边界层法设计电磁轴承的控制器。仿真结果表明,该方法可以有效减弱转子抖动,实现了转子的快速调整和稳定悬浮。