مقاوم‌ سازي سيستم شناور مغناطيسي با استفاده از كنترل‌كننده خطي‌ساز فيدبك گام به عقب با رويتگر اغتشاش غير‌خطي

Robustness of Magnetic Levitation by Using Feedback Linearization Back-Stepping and Nonlinear Disturbance Observer

در اين مقاله مسئله رديابي موقعيت يك سيستم مغناطيسي شناور در حضور نامعيني‌ها و اغتشاشات خروجي وارد شده بر سيستم مورد بررسي قرار گرفته است. ديناميك سيستم معرفي شده به‌وسيله معادلات ديفرانسيلي غير‌خطي درجه سه بيان مي‌شود و تنها پارامتر قابل اندازه‌گيري براي كنترل سيستم، موقعيت آن مي‌باشد. بدين منظور از يك كنترل‌كننده غير‌خطي تركيبي كه از تركيب دو كنترل‌كننده خطي‌سازي فيدبك و روش گام به عقب تشكيل شده، روش مقاوم جديدي طراحي شده است. تكنيك خطي‌سازي فيدبك روشي براي خطي كردن سيستم با تبديل مختصات و تكنيك گام به عقب روشي براي طراحي غيرخطي است. كنترل‌كننده طراحي شده داراي اين خاصيت مي‌باشد كه در مقابل بعضي از نامعيني‌هاي سيستمي مقاوم مي‌باشد ولي براي بهبود عملكرد آن در مقابل نامعيني‌هاي ديگر از ساختار مشاهده‌گر اغتشاش غير‌خطي، كه با كنترل‌كننده ادغام شده، استفاده شده است. مشاهده‌گر اغتشاش غير‌خطي توانايي خوبي در تخمين اغتشاشات خارجي دارد كه اين ويژگي در اين مقاله براي نامعيني‌ها نيز به‌كار رفته است. نتايج به‌دست آمده از شبيه‌سازي‌ها حاكي از اين است كه كنترلر طراحي شده براي مغناطيس شناور، توانايي رديابي با خطاي كم و حذف اغتشاشات و نامعيني‌ها را در حد مطلوبي دارا مي‌باشد.

In this paper, the position tracking problem of a magnetic levitation system with the external disturbance and uncertainties is investigated. The dynamic of a magnetic levitation is governed by a SISO third-order nonlinear differential equation and only the position measurement is available for control. In this paper, the combination of the feedback linearization and Back-stepping techniques is used as a new control method for this system. Feedback linearization and back-stepping techniques are introduced as methods for linearization of a system with coordinate transformation and nonlinear designing, respectively. In other hand, nonlinear disturbance observer has a good ability to estimate disturbances and nonlinear dynamics, so it is combined with designed controller to increase performance of the controller, reducing the effects of disturbances and system uncertainties by estimating them. Simulation results show that the proposed method has a good ability in the position tracking and a good performance in elimination of the external disturbance and uncertainties.