1.一种磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,包括:建立用于表示电磁铁的控制电压与磁通量之间的关系的磁浮系统电磁铁控制模型;通过状态空间方程表示法,将所述磁浮系统电磁铁控制模型转换为状态空间表达式;将磁浮系统总扰动作为所述状态空间表达式的新增状态变量,建立包括所述磁浮系统总扰动的扩张状态系统;建立所述扩张状态系统的扩张状态观测器,并设定所述扩张状态观测器的观测增益函数以及控制量,以构建用于进行磁浮间隙控制的积分串联型磁浮系统;基于所述积分串联型磁浮系统进行磁浮间隙的反馈控制。
2.根据权利要求1所述的磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,所述建立用于表示电磁铁的控制电压与磁通量之间的关系的磁浮系统电磁铁控制模型,包括:建立用于表示电磁铁的控制电压与磁通量之间的关系的三阶磁浮系统电磁铁控制模型或者一阶磁浮系统电磁铁控制模型。
3.根据权利要求2所述的磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,建立用于表示电磁铁的控制电压与磁通量之间的关系的三阶磁浮系统电磁铁控制模型,包括:建立用于表示磁通量与电磁铁吸力之间的关系的磁浮系统关系式;基于电磁铁相对于轨道面的位移z,以及轨道不平顺量r,建立用于表示电磁铁运动状态的磁浮系统动态平衡关系式;将所述磁浮系统动态平衡关系式进行升阶,并代入磁通量的微分表达式以及升阶后的所述磁浮系统关系式,得到的三阶电磁铁控制方程作为建立出的三阶磁浮系统电磁铁控制模型。
4.根据权利要求3所述的磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,建立的所述磁浮系统关系式表示为: 建立的所述磁浮系统动态平衡关系式表示为: 根据法拉第电磁感应定律和基尔霍夫第二定律建立的所述磁通量的微分表达式表示为: 得到的所述三阶电磁铁控制方程表示为: 其中,F s 为作用在电磁铁上的悬挂力,F m 为电磁铁吸力,f为外部扰动激励,φ为磁通量,μ 0 为真空磁导率,A为电磁铁衔铁面面积的2倍,m为电磁铁质量,t为时间,N为电磁铁感应线圈的匝数,I为电磁铁控制电流,u为电磁铁控制电压,R e 为电磁铁等效电阻。
5.根据权利要求4所述的磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,建立的包括所述磁浮系统总扰动的扩张状态系统表示为:建立的所述扩张状态系统的扩张状态观测器表示为:其中,z 1 ,z 2 ,z 3 ,z 4 均为电磁铁控制系统的状态变量,y为系统输出,μ 0 为真空磁导率,b 0 为设定参数,f total 为磁浮系统总扰动, 为电磁铁控制电流观测值, 为磁通量观测值, 均为电磁铁控制系统的状态变量的观测值, 为系统输出的观测值,β 01 (e),β 02 (e),β 03 (e)以及β 04 (e)均为所述扩张状态观测器的观测增益函数,e为误差且e=z 1 -y。
6.根据权利要求2所述的磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,建立用于表示电磁铁的控制电压与磁通量之间的关系的一阶磁浮系统电磁铁控制模型,包括:确定出基于磁阻的磁通量表达式 将所述磁通量表达式进行升阶,并代入磁通量的微分表达式,得到的一阶电磁铁控制方程作为建立的一阶磁浮系统电磁铁控制模型;其中,N为电磁铁感应线圈的匝数,I为电磁铁控制电流,R为磁阻,φ为磁通量。
7.根据权利要求6所述的磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,所述磁阻为基于电磁铁悬浮间隙长度δ的磁阻,且磁阻表示为 其中,μ为介质磁导率,L为电磁铁线圈长度,S为垂直于磁场方向的面积,δ为电磁铁悬浮间隙长度。
8.根据权利要求6所述的磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,所述磁阻为基于电磁铁悬浮间隙长度δ和磁导率μ的磁阻,且磁阻表示为 其中,k为未饱和段的磁导率μ的值,μ为介质磁导率,L为电磁铁线圈长度,S为垂直于磁场方向的面积,δ为电磁铁悬浮间隙长度。
9.根据权利要求6所述的磁浮间隙的反馈控制方法,其特征在于,建立的包括所述磁浮系统总扰动的扩张状态系统表示为:建立的所述扩张状态系统的扩张状态观测器表示为:其中,z 1 ,z 2 均为电磁铁控制系统的状态变量,y为系统输出,f total 为磁浮系统总扰动, 为电磁铁控制电流观测值, 为磁通量观测值, 均为电磁铁控制系统的状态变量的观测值, 为系统输出的观测值,β 01 (e)和β 02 (e)均为所述扩张状态观测器的观测增益函数,e为误差且e=z 1 -y,f unk 为磁浮系统受到的所有内部和外部扰动的总和,A 1 和A 2 为设定参数且 R e 为电磁铁等效电阻,u为电磁铁控制电压。
10.一种磁浮间隙的反馈控制系统,其特征在于,包括:电磁铁控制模型建立模块,用于建立用于表示电磁铁的控制电压与磁通量之间的关系的磁浮系统电磁铁控制模型;状态空间表达式建立模块,用于通过状态空间方程表示法,将所述磁浮系统电磁铁控制模型转换为状态空间表达式;扩张状态系统建立模块,用于将磁浮系统总扰动作为所述状态空间表达式的新增状态变量,建立包括所述磁浮系统总扰动的扩张状态系统;积分串联型磁浮系统构建模块,用于建立所述扩张状态系统的扩张状态观测器,并设定所述扩张状态观测器的观测增益函数以及控制量,以构建用于进行磁浮间隙控制的积分串联型磁浮系统;反馈控制执行模块,用于基于所述积分串联型磁浮系统进行磁浮间隙的反馈控制。