磁懸浮球系統(tǒng)控制算法的研究.pdf

1、磁懸浮技術(shù)是磁懸浮列車(chē)、磁懸浮高速電機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵，磁懸浮控制技術(shù)作為磁懸浮技術(shù)的核心受到了人們的廣泛關(guān)注。
　　磁懸浮控制器開(kāi)發(fā)難度大的原因在于磁懸浮系統(tǒng)本身的不確定性。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)品質(zhì)優(yōu)良的控制器需要一個(gè)精度高的磁懸浮系統(tǒng)作為保障。磁懸浮球系統(tǒng)憑借實(shí)時(shí)控制要求度高的特點(diǎn)，成為了各種控制算法實(shí)施、檢驗(yàn)的對(duì)象。本文以磁懸浮球控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，尋求更高精度的控制算法以及更具針對(duì)性的控制性能評(píng)價(jià)方式。
　　首先在磁懸浮球

2、系統(tǒng)特性、構(gòu)成以及工作原理等相關(guān)知識(shí)充分了解的基礎(chǔ)之上，利用力學(xué)、電磁學(xué)等知識(shí)建立了系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)建模及線性化后的模型，并借助MATLAB工具分析系統(tǒng)的可控性、可觀性、穩(wěn)定性。
　　基于PID算法的磁懸浮球控制系統(tǒng)并不具備優(yōu)質(zhì)的動(dòng)態(tài)性能，為了解決這個(gè)問(wèn)題，將動(dòng)態(tài)性能較高的模糊控制算法與其結(jié)合，構(gòu)建了模糊PID控制器。接著以模糊PID控制的機(jī)理為著手點(diǎn)，剖析控制中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出了三種改善手段，利用其中一種改善方式即模糊變量論域

3、范圍的優(yōu)化引出了變論域自適應(yīng)模糊PID控制器。隨后進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果說(shuō)明通過(guò)模糊變量論域范圍的優(yōu)化使控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能更高，為后續(xù)的實(shí)時(shí)控制提供了理論依據(jù)。
　　針對(duì)在不同類(lèi)別信號(hào)輸入的情況下，控制參數(shù)優(yōu)化滿(mǎn)意度量化程度低、控制系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏針對(duì)性的問(wèn)題，提出了一種新的控制算法即多類(lèi)別滿(mǎn)意優(yōu)化控制算法，該算法采用基于遺傳算法的PID控制器，得到全局中的最滿(mǎn)意解。該算法將控制系統(tǒng)的待優(yōu)化變量設(shè)定為Kp，Kj,Kd，分別在階躍

4、、正弦、方波、鋸齒以及隨機(jī)信號(hào)的輸入下，通過(guò)預(yù)設(shè)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和滿(mǎn)意度函數(shù)進(jìn)行分類(lèi)評(píng)價(jià)，最終得出滿(mǎn)意的優(yōu)化結(jié)果，并利用仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　最后針對(duì)設(shè)計(jì)控制器的有效性，利用磁懸浮球控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制平臺(tái)，對(duì)兩種算法進(jìn)行驗(yàn)證?；谧冋撚蜃赃m應(yīng)模糊PID控制算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以獲取到常規(guī)控制算法難以達(dá)到的效果，同時(shí)給出了量化后的性能評(píng)價(jià)指標(biāo);基于多類(lèi)別滿(mǎn)意優(yōu)化控制算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明遺傳算法PID控制在針對(duì)無(wú)突變類(lèi)的跟蹤信號(hào)時(shí)控制