磁力悬浮系统的PID控制策略设计及仿真

磁悬浮球控制系统的仿真研究

磁悬浮球控制系统的仿真研究王玲玲，王宏，梁勇(海军航空工程学院，山东烟台 264000)作者简介：王玲玲(1984—)，女，硕士，讲师，主要从事控制技术研究。

本文引用格式：王玲玲，王宏，梁勇.磁悬浮球控制系统的仿真研究[J].兵器装备工程学报，2017(4):122-126.Citation：format:WANG Ling-ling, WANG Hong, LIANG Yong.Simulation and Research of Magnetic Levitation Ball Control System[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):122-126.摘要：针对磁悬浮球系统的本质不稳定性，设计PID控制算法实现系统的稳定控制。

建立磁悬浮球系统的动力学模型，并对其中的非线性部分进行平衡点处的线性化，采用根轨迹校正设计超前滞后控制器。

最后采用PID控制设计，并使用根轨迹校正中零极点对系统性能影响的思想去调整PID参数，使系统的稳定性、动态性能和稳态性能满足要求。

关键词：磁悬浮球系统；PID；根轨迹法；校正磁悬浮可以用于实现各种机械结构的高速、无摩擦运转，如高速磁悬浮列车、高速磁悬浮电机、磁悬浮轴承等。

尽管磁悬浮的应用领域繁多，系统形式和结构各不相同，但究其本质都具有本质非线性、不确定性、开环不确定性等特征。

这些特征增加了对其控制的难度，也正是由于磁悬浮的这些特性，使其更加具有研究价值和意义。

本文针对磁悬浮球系统，研究其稳定控制，并使其性能指标满足要求。

1 磁悬浮球控制系统的基本原理磁悬浮球控制系统主要由铁芯、线圈、光电源、位置传感器、放大及补偿装置、数字控制器和控制对象钢球等部件组成[1]，如图1所示。

当电磁铁上的线圈绕组通电时，位于磁场中的刚体受到电磁力的吸引作用。

当产生的电磁力与球体的重力相等时，球体悬浮于空中，处于不稳定的平衡状态，当它受到外界扰动时，易失去平衡。

磁悬浮小球的PID控制

8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
研究方法
理论分析与实验相结合
主要技术指标(或研究目标)
学会控制系统控制特性进行分析的一般方法和步骤，在此基础上选择合适的控制算法；
掌握一般控制系统PID控制算法的仿真研究和实验过程中控制器参数的调节方法。
教研室
意见
教研室主任（专业负责人）签字：年月日
说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，一份交学院（直属系）。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
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6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
太原科技大学华科学院毕业设计（论文）任务书
学院（直属系）：电子信息工程系时间：2013年2月27日
学生姓名
指导教师
设计（论文）题目
磁悬浮小球系统的PID控制
主要研
究内容
掌握磁悬浮小球实验装置的软、硬件结构，能分析系统的控制特性；理解PID控制算法的理论知识和PID控制现场调试方法；能运用PID控制算法实现磁悬浮小球系统的稳定控制。

混合磁悬浮球系统变参数PID控制仿真

ＳｉｌｔｎｏｒｂｅＰｒｍｅｔＰｌｎｒｌｒｏｍｕａｉｆａＶａｉｌａａｎＤＣｏｔｌｒｏａｏｅｆ
ＨｙｉｇｎｔｅｉｔｌＳｙｔｂｒＭａｅｉＬｖｔｉＢａｌｓｅｍｄｃａｏｎ
ｔａｈｏｔｏｆｃｆｔｅｖｒａｅｐｒｍｅｔＰＩｃｎｒｌｅｓｂｔｅｈａａｆｔｅｃｎｅｉｎｌＰＩｃｎｒｌｅｓｈｔｔｅｃｎｒｌｅｆｔｏｈａｂｌａａｎＤｏｔｏｌｒｉｅｔｒｔｎｔｔｏｈｏｖｎｔａＤｏｔｏｒｅｉｈｏ
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Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｙｒｄｍａｎｔｅｉｔｎｂｌ；ｓｇｌｒｐｒｕｂｔｎｍｅｈｄ；ｓｍｕａｉｎ；Ｓ —Ｆｎｔｎｄｈｂｇｅｉｌｖｔｉａｉｃａｏｉｕａｅｔｒａｉｔｏｏｉｌｔｏｕｃｉｏ
ＳｔＩＡＮＧＵＡＮａ —ｎａＸｉｎ’
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２．哈尔滨理工大学工程训练中心，龙江哈尔滨１０８）黑５００

磁悬浮平台的解耦模糊PID控制

磁悬浮平台的解耦模糊PID控制
胡汉辉;谭青
【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(040)004
【摘要】介绍差动式磁悬浮平台的结构与工作原理,建立磁悬浮平台的数学模型.采用输入输出空间变量变换实现平台3自由度的解耦,研究磁悬浮平台的模糊PID控制.该控制方法根据不同的偏差E、偏差变化率EC对PID参数Kp,Ki和Kd进行自校正,给出了Kp,Ki和Kd的模糊规则表.实验结果表明:平台的阶跃响应超调量很小,约为6%,上升时间约为0.1 s,稳态误差约为2%:当平台被迫向下偏移0.2 mm时,系统仍能快速回到平衡位置且稳定悬浮,系统具有很好的刚度阻尼特性和鲁棒性.【总页数】6页(P963-968)
【作者】胡汉辉;谭青
【作者单位】中南大学,机电工程学院,湖南,长沙,410083;湖南工业职业技术学院,电气工程系,湖南,长沙,410082;中南大学,机电工程学院,湖南,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TM273.1
【相关文献】
1.基于改进粒子群优化的主动磁悬浮轴承模糊PID控制 [J], 姜宏伟;赵耀
2.直线电机驱动的磁悬浮平台推力动态解耦控制 [J], 刘德君;郭庆鼎;翁秀华
3.新型混合励磁磁悬浮进给平台的解耦控制研究 [J], 杨红兵;余思佳;戴跃洪;谢耿
琳;李晶
4.基于输入解耦的6DOF磁悬浮平台悬浮高度的H∞控制 [J], 郭庆鼎;刘德君;赵希梅
5.模糊PID控制在电磁悬浮平台中的应用 [J], 许良琼;陆新江;李群明
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采用PID控制器设计磁悬浮小球控制系统

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仿真图形
▪ 仿真图形
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仿真结果分析
▪ 仿真结果分析
▪
在系统未加PID控制后，系统开环不稳定，当有一微
小扰动时，小球将偏离平衡位置；在系统加入PID控制后，
设置其参数，如图8所示，系统的各项性能指标都得到了提
高，最终到达稳定,从而实现了对磁悬浮小球系统稳定性控
制的目的。
系统传函
▪ 以小球位移为输出，电压为输入，可得系统的传递函数为
：
k2
G(s)
s3
k3s2
k1 k1s k1k3
k 0 AN 2
2
k1
2ki02 m x03
k2
2ki0 m x02
PHale Waihona Puke ge ▪ 4k3R L
未加PID 时的仿真结果
▪ 仿真图如图所示
如图所示，系统开环不稳定
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求磁悬浮小球系统的传递函数
▪ 描述磁悬浮小球系统的方程可由下面方程确定：
m d 2 x(t) mg F (i, x) dt 2
F (i, x) 0 AN2 i 2
2 x
m
g
F
i0 ,
x0
0
AN 2
2
i0 x0
2
U t Rit L di(t)
dt
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利用PID来改善磁悬浮小球控制系统的性能。
▪ 利用MATLAB设计具有PID调节器的磁悬浮小球控制系统，其控制系统简图如图4所示。
在Matlab中的Simulink环境下，建立系统的控制总方框图，如图7所示
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磁悬浮系统建模及其PID控制器设计

《Mａtlab仿真技术》设计报告题目磁悬浮系统建模及其PID控制器设计专业班级电气工程及其自动化１1**班学号 2学生姓名 *＊指导教师＊*学院名称电气信息工程学院完成日期： 201４年 5 月 7 日磁悬浮系统建模及其ＰＩD控制器设计Magneｔｉc leｖｉtatiｏn systｅm bａｓe ｄon PＩD controｌlｅr sｉmulａtion摘要磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点,在能源、交通、航空航天、机械工业与生命科学等高科技领域有着广泛得应用背景。

随着磁悬浮技术得广泛应用,对磁悬浮系统得控制已成为首要问题。

本设计以PID 控制为原理,设计出PＩD控制器对磁悬浮系统进行控制。

在分析磁悬浮系统构成及工作原理得基础上,建立磁悬浮控制系统得数学模型，并以此为研究对象,设计了ＰID控制器,确定控制方案,运用MATＬAB软件进行仿真，得出较好得控制参数，并对磁悬浮控制系统进行实时控制，验证控制参数。

最后,本设计对以后研究工作得重点进行了思考，提出了自己得见解。

PＩD控制器自产生以来,一直就是工业生产过程中应用最广、也就是最成熟得控制器。

目前大多数工业控制器都就是PID控制器或其改进型。

尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现,但PID控制器还就是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点,处于主导地位。

关键字:磁悬浮系统;ＰID控制器;MＡTＬAB仿真一、磁悬浮技术简介1、概述:磁悬浮就是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮得平衡状态,磁悬浮瞧起来简单,但就是具体磁悬浮悬浮特性得实现却经历了一个漫长得岁月。

由于磁悬浮技术原理就是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体得典型得机电一体化高新技术。

伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料得发展与转子动力学得进一步得研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方面。

1900年初,美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营得若干猜想--也就就是磁悬浮得早期模型。

PID控制系统的设计及仿真

PID控制系统的设计及仿真首先，我们需要理解PID控制器的工作原理。

PID控制器通过比较目标值与实际值之间的偏差，以及偏差的变化率和积分值来计算输出控制信号，从而实现目标值与实际值之间的闭环控制。

在设计PID控制系统时，我们需要确定三个参数：比例增益（KP）、积分时间常数（TI）和微分时间常数（TD）。

这些参数的选择将直接影响控制系统的稳定性和性能。

首先，我们可以使用频率响应曲线和Bode图等方法来选择合适的KP参数。

频率响应曲线可以帮助我们分析系统的稳定性和相位边界。

选择适当的KP值可以保证系统在稳定状态下能够尽快达到目标值。

接下来，我们可以通过试错法来确定TI和TD参数。

试错法可以根据系统的实际响应来调整这两个参数。

可以从初始调节试验开始，逐步调整参数，直到达到预期的系统性能。

在MATLAB中进行PID控制器的设计和仿真非常方便。

MATLAB提供了丰富的工具箱和函数，可以帮助我们进行系统建模、参数调节和仿真分析。

首先，我们需要使用MATLAB的控制系统工具箱来建立系统模型。

可以使用MATLAB提供的工具来建立连续或离散时间的传递函数模型。

接下来，我们可以使用PID函数来设计PID控制器并将其与系统模型进行连接。

PID函数可以使用我们之前确定的KP、TI和TD参数来创建一个PID对象。

然后，我们可以使用仿真命令来运行系统的仿真，并观察系统的响应。

可以使用step命令来观察系统的阶跃响应，使用impulse命令来观察系统的冲击响应，使用bode命令来观察系统的频率响应等等。

通过分析仿真结果，我们可以评估系统的稳定性、超调量、收敛时间等性能指标，并根据需要对PID参数进行进一步的调整。

总结起来，PID控制系统的设计及仿真可以通过MATLAB来完成。

我们可以使用MATLAB提供的工具箱和函数进行系统建模和参数调节，并通过仿真命令进行系统响应的观察和分析。

通过不断调整参数和分析仿真结果，我们可以设计出满足系统要求的PID控制系统。

磁悬浮平台系统的P-Fuzzy-PID控制

Ｆｚｙ控制和ＰＤ控制相结合的方法（ — ｕｚ— Ｉ应用比例控制提高系统输出的快速性，用模糊控制ｕｚＩＰＦｚｙＰ），应
改善系统的动态性能，用积分控制可以消除静差，系统稳态性能变好。仿真结果表明用ＰＦｚｙＰ应使 —ｕｚ—Ｉ
维普资讯
２０年第１期０６２
文章编号：０１２６（０６１０４０１０ — ２５２０）２— ０５— ３
・制与检测・控
磁悬浮平台系统的ＰＦｚ —Ｉ制术－ｕｚＰＤ控ｙ
杨霞，吴红波，李新叶，郭庆鼎
（阳工业大学电气工程学院，阳１０２）沈沈１０３
摘要：悬浮平台控制系统是典型的非线性迟滞系统，以获得精确数学模型，纯采用经典ＰＤ控制磁难单Ｉ或Ｆｚｙ控制难以满足系统的快速性、定性、棒性等要求。文章针对磁悬浮平台系统的特点，用了ｕｚ稳鲁采
方法对悬浮平台进行控制，以得到理想的控制效果。可
关键词：悬浮平台系统； —ｕｚ—Ｉ制：线电机磁ＰＦｚｙＰ控直
中图分类号：Ｐ７Ｔ２３
文献标识码：Ａ
Ｐ－Ｆｕｚｙ・Ｄｎｔｏｎａｅｉｚ・ＰＩＣｏｒｌｉａＭｇｎｔｃＳｕｓｎｓｏａｆｒＳｙｔｍｐｅｉｎＰｌｔｏｍｓｅ

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统模糊PID控制器的设计

ｔｈｒｕｓｔａｎｄｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｆｏｒｃｅｃｏｕｌｄｂｅｄｅｃｏｕｐｌｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｍｏｔｏｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｕｂｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ．Ｉｔｗａｓｄｉｆｉｆ — ｃｕｌｔｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｕｂｓｙｓｔｅｍｏｆＰＭＬＳＭｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｕｂｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｎｄａｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｄｉｓｔｕｒｂ－ａｎｃｅｓ．ＡｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｄｅｓｉｎｅｇｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓｕｓｅｄｉｎｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｌｏｏｐｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｕｂｓｙｓｔｅｍｔｏｍｅｅｔｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｈｉｇｈｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｈａｔｔｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｕｂｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈａｓａｇｏｏｄｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅｆｏｒｒｅｓｔｒａｉｎｔｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｎｄａｔｒａｃｋｏｆｉｎｐｕｔｓｉｎａｇ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｇｎｅｔｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐｅｍａｒｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｌｉｎｅａｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；Ｎｕｍｅｉｒｃｌａｃｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ；Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｕｂ — ｓｙｓｔｅｍ；ＦｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

可控永磁悬浮系统的专家PID控制仿真

ＡｂｔａｔＢｓｄｏｈｔｆｅｓｐｏｌｍｆｔｅｈｂｉｅｉｔｎｓｓｅｔｅｗｏｅｈｂｉｅｉｔｎｃｎｒｌｓｓｅｗａｓｒｃ：ａｅｎｔｅｓｉｎｓｒｂｅｏｙｒｄｌｖｔｉｙｔｍ，ｈｈｌｙｒｌｖｔｉｏｔｙｔｍｓｆｈａｏｄａｏｏｓｌｔｄａｏｔｇｔｅｅｐｒＰＤｃｎｒｌｒｗｉｈｔｎｏｔｏａａｔｒｎ— ｌｅａｔｍａｉａｌａｄｔｅｅｐｒＰＤｏ — ｉａｅｄｐｉｈｘｅｔＩｏｔｌｈｃｕｅｃｎｒｌｒｍｅｅｓｏｍｕｎｏｅｐｉｕｏｔｌｎｃｙ，ｎｈｘｅｔＩｃｎｔｏｌｒｗｉＩｏｔｌｒｗｓａａｙｅｎｏａｅ．ｈｒｆｒ，ｈｄａｔｇｆｅｐｒＰＤｏｔｏｌｒｗａｒｖｄｒｌｔＰＤｃｎｒｌａｎｌｚｄａｄｃｍｐｒｄＴｅｅｏｅｔｅａｖｎａｅｏｘｅｔＩｃｎｒｌｓｐｏｅ、ｅｈｏｅｅＫｅｒｓｈｂｉｅｉｔｎ；ｔｆｅｓｃｎｒｌｓｍｕａｉｎｙｗｏｄ：ｙｒｄｌｖｔｉｓｉｎｓ；ｏｔ：ｉｌｔａｏｆｏｏ
可控永磁悬浮系统的专家ＰＤ控制仿真Ｉ
刘同娟马向国金能强，，
（．１北京物资学院，北京１１４；、０１９２中国科学院电工研究所，北京１０８）０００
摘

基于MATLAR的磁悬浮球系统PID控制器设计与实现

ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｇｕａｒａｎｔｅｅｄｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｂａｌｌｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎｆａｓｔａｎｄｈａｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔａｎｔｉ — －ｉｎ－－
ＣｈｅｎＹａｄｏｎｇ，ＧａｏＷｅｎｈｕａ，ＺｈａｎｇＪｉｎｇｇａｎｇ，ＬｉｕＸｉｎ
（ＴｈｅＥｌｅｃｔｉｒｃｈｌｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｌｅｖｉｔａｔｉｏｎｂａｌｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓｇｏｔｔｈｒｏｕｇｈａｎｄｌｉｎｅａｒｉｚｅｄｎｅａｒｔｈｅｅｑｕｉｌｉｂｉｕｒｍｐｏｉｎｔ．ＴｈｅｎｔｈｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｌｌｂｅｍａｄｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅ１．ＴｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｉｎｔｈｅＳｉｍｕｌｉｎｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｒｅｓｅａｒｃｈ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌ

磁悬浮系统控制算法及实现

磁悬浮系统控制算法及实现磁悬浮技术是近年来发展较快的一种交通方式，其具有速度快、运行平稳、能耗低等优势，而磁悬浮系统的控制算法是保证其运行效率和安全的重要组成部分。

本文将介绍磁悬浮系统的控制算法及其实现。

1.磁悬浮系统的基本原理磁悬浮列车由车体、轨道和控制系统三部分组成，车体利用电磁铁和超导磁体产生反向磁场，与轨道之间形成非接触式磁悬浮，实现列车对轨道的悬浮和牵引。

磁悬浮列车的速度控制和位置控制主要由控制系统实现。

磁悬浮系统的控制算法主要有三种：PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法。

（1）PID控制算法：PID控制算法是一种经典的控制算法，可以实现对磁悬浮系统的位置和速度进行精确控制。

PID控制器根据实时反馈的位置和速度信息，计算出控制量，调节电流和磁力，实现对车体的位移和速度控制。

（2）模糊控制算法：模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，可以对复杂系统进行控制。

磁悬浮系统的控制过程中，受到诸多外部干扰，如风力、地震等，模糊控制算法可通过模糊推理技术实现对干扰信号的有效抑制。

（3）神经网络控制算法：神经网络控制算法是一种基于人工神经网络的控制算法，可以对非线性系统进行较为准确的控制。

磁悬浮系统的非线性特性较为显著，神经网络控制算法可通过训练神经网络模型，实现对磁悬浮系统的精确控制。

磁悬浮系统的实现主要包括硬件和软件两个方面。

（1）硬件实现：磁悬浮系统的硬件主要由电磁铁、超导磁体、传感器和控制器等组成。

其中，电磁铁和超导磁体负责实现磁悬浮和牵引，传感器主要用于测量车体的位置和速度等信息，控制器则根据传感器反馈的信息计算控制器并实现对磁悬浮系统的控制。

（2）软件实现：磁悬浮系统的软件实现主要包括控制程序、监控程序和故障处理程序等。

控制程序编写了磁悬浮系统的控制算法，实现对车体位置和速度的精确控制；监控程序则负责监测磁悬浮系统的运行状态，及时发现故障并进行处理；故障处理程序则在系统运行过程中出现故障时进行自动处理，避免对整个系统造成不利影响。

基于PID控制的磁悬浮系统设计

阳工业大学学报．０５年．２０图３ＰＤ控制系统原理图Ｉ
作者简介：王泽阳，，男陕西渭南人，１８一，（９９）北京科技大学，究方向：研人工智能。参考文献：【】亮．级航运安全管理信息系统的设计与实现【】连海事学院１曹省Ｄ．大
一
图６仿真结果图
图７小球悬浮结果
参考文献： … 朱晓明，雪松，东升．种新的磁悬浮系统建模方法中国科技论梅张一文在线．０７年．２０
【】２丁新平，杨俊友，孙荣斌．基于干扰观测器ＰＤ控制的磁悬浮系统沈ｌ
图２磁悬浮闭环系统图ＰＤ控制ຫໍສະໝຸດ 器的传递函数为：ｌ
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２１Ｉ制器的基本原理．Ｄ控Ｐ般常规ＰＤ控制系统原理图如图３所示，Ｉ系统主要由ＰＤ控Ｉ
２０．０６３
（接第２７页）上７以一种快捷方便的方式，全天候提供企业及其产品的信息及客户所需的服务，且交互方式不受地域的限制。在传统营销活动中要想并如
取得用户的反馈信息需要耗费大量人才、力，在电子商务时代，物而【］２王威电子政务中公文安全传输系统的设计【ｌＤ】大连理工大学２０．０６５只要给数据库中的相关用户发送一份电子邮件（ｍａｌ，在产品页Ｅｉ或）【】３姚远我国大型网上零售企业的网络营销策略研究【】Ｄ．东北财经大学面上增加一个 “ ｉｏ的按钮或链接，Ｍａｔ ” ｌ用户就能很方便地将他们的２０７．０８．意见和想法告诉销售商。以看出：有在电子商务环境下才能真正可只【】４石志华买方主导式电子采购系统应用研究【】Ｄ华中科技大学．０６４２０

磁悬浮控制系统建模与仿真毕业设计论文

2010届毕业设计说明书磁悬浮控制系统建模及仿真系部：电气与信息工程系专业：电气自动化技术完成时间： 2010年5月目录1 绪论 (2)1.1 磁悬浮技术的发展与现状 (3)1.2 磁悬浮技术研究的意义 (3)1.3 磁悬浮的主要应用 (3)1.3.1 磁悬浮列车 (3)1.3.2 高速磁悬浮电机 (4)2 磁悬浮系统概述 (4)2.1 磁悬浮实验本体 (5)2.2 磁悬浮电控箱 (6)2.3 控制平台 (6)3 控制系统的数学描述 (7)3.1 控制系统数学模型的表示形式 (7)3.1.1 微分方程形式 (7)3.1.2 状态方程形式 (8)3.1.3 传递函数形式 (8)3.1.4 零极点增益形式 (9)3.1.5 部分分式形式 (9)3.2 控制系统建模的基本方法 (10)3.2.1 机理模型法 (10)3.2.2 统计模型法 (11)3.2.3 混合模型法 (11)3.2.4 控制系统模型选择 (12)3.3 控制系统的数学仿真实现 (12)4 MATLAB软件的介绍 (13)4.1 MATLAB简介 (13)4.2 Simulink概述 (13)4.3 Simulink用法 (14)5 磁悬浮系统基于MATLAB建模及仿真 (20)5.1 磁悬浮系统工作原理 (20)5.2 控制对象的运动方程 (21)5.3 系统的电磁力模型 (21)5.4 电磁铁中控制电压与电流的模型 (21)5.5 平衡时的边界条件 (23)5.6 系统数学模型 (23)5.7 系统物理参数 (23)5.8 Matlab下数学模型的建立 (24)5.9 开环系统仿真 (25)5.10 闭环系统仿真 (28)6 结束语 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)附A传感器实测参数 (35)1 绪论1.1 磁悬浮技术的发展与现状磁悬浮技术的发展始于上世纪，恩思霍斯发现了抗磁物体可以在磁场中自由悬浮，此现象于1939年由布鲁贝克进行了严格的理论证明。

磁悬浮实验报告

开放性试验：《磁悬浮原理实验仪制作及PID控制》试验报告实验内容：学生通过磁悬浮有关知识的学习，根据已有的试验模型，设计出磁悬浮实验仪器，并进行制作，进而在计算机上用PID技术进行调节和控制。

难点：PID控制程序的编写及调试。

创新点：该实验以机械学院数控所得科研成果为依托，以一种新颖的方式，用磁悬浮小球直观的展示了PID控制理论的应用。

该仪器构造简单，成本低廉。

此实验综合应用了电磁场、计算机、机械控制等相关知识，具有一定的研究创新性特点。

该仪器有望成为中学物理实验仪器，和高校PID 控制实验仪器。

关键问题1.悬浮线圈的优化设计2.磁悬浮小球系统模型3.磁悬浮小球的PID控制电磁绕组优化设计小球质量：钢小球质量：15~20g小球直径：15mm悬浮高度：3mm要求：根据悬浮高度、小球大小、小球重量设计悬浮绕组绕组铁芯尺寸、线圈匝数、额定电流、线径。

电磁绕组优化设计：由磁路的基尔霍夫定律、毕奥-萨格尔定律和能量守恒定律，可得电磁吸力为：式中：μ0——空气磁导率，4πX10-7H/m ； A ——铁芯的极面积，单位m2； N ——电磁铁线圈匝数；z ——小球质心到电磁铁磁极表面的瞬时气隙，单位m ； i ——电磁铁绕组中的瞬时电流，单位A 。

功率放大器中放大元器件的最大允许电压为15V 。

为了降低功率放大器件上的压力差，减少功率放大器件的发热，设定悬浮绕组线圈电压该值为12V 。

约束条件：U ＝12V 电流、电压与电阻的关系电阻：L ——漆包线的总长度/m S ——漆包线的横截面积/m2d ——线径的大小/mε是漆包线线的电阻率，查表可知： ε＝1.5*1.75*e-8，单位：Ω*m根据线圈的结构，可以得出漆包线的总长度为：2202⎪⎭⎫⎝⎛-=z i AN F μUi R=L R Sε=214S d π=11()ni L L a id dπ==+∑ 线圈的匝数为：综上所述，电磁力为：在线圈骨架几何尺寸和所加的电压固定的情况下，线圈漆包线线径d 越大，漆包线的长度L 越小，电磁力F 越大。

永磁悬浮轨道侧向力控制系统的DMC-PID控制策略

控制两侧悬浮架导向轮的伸缩，实时调整车载磁体和磁轨之间的横向位移状态，最终实现车载磁体和磁轨磁体两者位置对中，此时悬浮侧向力趋近于 0。
图 2 永磁体对中具体控制策略框图 Fig. 2 Block diagram of specific control strategy for permanent magnet alignment
收稿日期：2020-07-28 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61763016) 通信作者：杨杰(1979−)，男，安徽蚌埠人，副教授，博士，从事智能控制、磁浮轨道交通系统研究；E−mail：15405993@
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铁道科学与工程学报
2021 年 stability of the permanent magnet levitation train. Key words: permanent magnetic levitation track; lateral force; digital hydraulic cylinder; DMC-PID cascade control
1 永磁悬浮轨道弯道侧向力控制系统
1.1 弯道侧向力控制原理与策略
控制原理：永磁悬浮列车弯道运行状态示意
图如图 1 所示。当悬浮列车经过弯道时，由于离心
作用悬浮架会向远离圆心方向偏移，将产生悬浮
侧向力。悬浮列车向心力 F向心由天梁给悬浮架的支持力 F支与悬浮架发生偏移后悬浮侧向力 F侧向的合力提供：
第 18 卷第 6 期 2021 年 6 月
铁道科学与工程学报 Journal of Railway Science and Engineering
DOI: 10.19713/ki.43-1423/u.T20200713

磁力悬浮系统的PID控制策略设计及仿真

毕业设计（论文）题目磁力悬浮系统的PID控制策略设计及仿真学生姓名专业班级电气工程及其自动化学号系（部）指导教师(职称)完成时间目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 ························································································ - 1 -1.1 磁悬浮技术简介·································································· - 1 -1.2 磁悬浮分类········································································ - 1 -1.3 控制方式分类····································································· - 2 -1.4 磁悬浮技术的应用与展望 ······················································ - 2 -1.5本论文的工作任务及主要内容················································· - 4 -2 磁悬浮球系统数学建模及稳定性分析 ·············································· - 5 -2.1 磁悬浮球系统的基本结构及工作原理 ······································· - 5 -2.2 系统运动方程的推导···························································· - 5 -2.3 磁悬浮球系统稳的定性分析 ··················································· - 7 -2.4 磁悬浮球系统建模······························································· - 8 -3 传统PID控制器设计 ··································································- 11 -3.1 控制方案··········································································- 11 -3.1.1 电流控制器···································································- 11 -3.1.2 电压控制器···································································- 11 -3.2 PID控制器系统的模型建立·················································· - 12 -3.3 PID控制器K、I T、D T这三个参数的选取······························· - 14 -P3.4 PID控制器对磁悬浮球系统控制性能的分析····························· - 15 -3.5 利用MATLAB软件对PID参数进行系统仿真 ····························· - 16 -3.5.1 开环系统仿真 ······························································· - 17 -3.5.2 闭环系统仿真 ······························································· - 17 -3.6 PID参数整定···································································· - 18 - 4模糊PID控制器磁悬浮球控制系统 ················································ - 21 -4.1 模糊控制的基本原理·························································· - 21 -4.2 模糊PID控制器结构·························································· - 21 -4.3 模糊PID的实现································································ - 22 -4.4 PID参数模糊调整规则························································ - 22 -5 MATLAB仿真············································································· - 24 -5.1 模糊PID在MATLAB下的实现 ··············································· - 24 -5.2 磁悬浮系统即时控制及分析 ················································· - 24 - 结束语 ······················································································ - 27 - 致谢 ······················································································ - 28 - 参考文献 ··················································································· - 29 -磁力悬浮系统的PID控制策略设计及仿真摘要磁悬浮技术具有以下优点：无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等。

磁悬浮列车控制与仿真研究

磁悬浮列车控制与仿真研究磁悬浮列车作为一种新型的高速交通工具，其具有超高速、原理简单、无摩擦、节能环保等诸多优势，受到了广泛的关注和研究。

而对于磁悬浮列车的控制与仿真研究，更是必不可少的一环。

本文将从控制系统设计、仿真技术等方面进行探讨，以期提供一些有益的思路和方法。

磁悬浮列车控制系统的设计是确保列车安全平稳运行的关键之一。

控制系统主要包括车辆控制系统和线路控制系统，两者相互协作保证列车的稳定性和运行性能。

车辆控制系统负责实时监测车辆参数，如速度、加速度、位置等，并根据系统输入输出关系进行控制决策。

而线路控制系统则负责监测线路状态，如轨道几何、磁悬浮系统状态等，并控制磁力的大小和方向以维持列车的悬浮状态。

因此，对于磁悬浮列车的控制系统设计来说，首先要确定系统的输入输出关系，然后设计相应的控制算法和控制器来实现系统的稳定运行。

对于磁悬浮列车控制系统的仿真研究，其目的是通过计算机模拟来验证和评估设计的算法和控制器在各种运行工况下的性能。

近年来，随着计算机技术的不断发展和仿真技术的成熟，磁悬浮列车的仿真研究得到了广泛应用。

仿真技术能够有效地节约成本，提高效率，减少实际试验的风险，对于磁悬浮列车的控制与仿真研究来说，具有重要的意义。

磁悬浮列车的控制与仿真研究还需要考虑到实际运行环境的多样性。

例如，考虑到列车在高速运行时的稳定性，可以采用模型预测控制等方法来提高列车的动力学性能；考虑到列车在弯道行驶时的安全性，可以采用模糊控制等方法来实现列车的弯道控制。

另外，还可以结合模糊控制、神经网络等智能控制方法来实现磁悬浮列车的自适应控制，提高系统的鲁棒性和适应性。

在磁悬浮列车控制与仿真研究中，控制策略的优化也是一个重要的方面。

优化方法可以通过评价指标对控制算法进行反复迭代，以达到最佳控制效果。

评价指标可以包括能耗、系统稳定性、运行速度等多个方面，通过优化控制策略，可以最大限度地发挥磁悬浮列车的优势，实现更安全、更高效的运行。

电磁永磁混合磁浮系统的专家PID控制仿真

电磁永磁混合磁浮系统的专家PID控制仿真
刘同娟;金能强
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2005(32)8
【摘要】由于电磁永磁混合磁浮系统的悬浮磁极加了永磁部分,系统的不稳定因素增多,这就要求控制系统有更快的响应速度,更高的刚度.因此,采用自动在线调整控制参数的专家PID控制器,对整个混合悬浮控制系统进行仿真,并分析比较了专家PID 控制器与传统PID控制器,证明了专家PID控制器优越性.使系统响应速度加快,超调量减少,从而可解决磁悬浮的低刚度问题.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】刘同娟;金能强
【作者单位】中国科学院电工研究所,北京,100080;中国科学院研究生院,北
京,100039;中国科学院电工研究所,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】TP273+.5
【相关文献】
1.磁浮系统中免疫专家PID控制器的改进 [J], 宋荣荣;陈滋利
2.可控永磁悬浮系统的专家PID控制仿真 [J], 刘同娟;马向国;金能强
3.永磁电磁混合磁浮列车的永磁磁场仿真 [J], 卢志远;李德胜;董天午;叶乐志;刘安琪
4.电磁永磁混合EMS型磁浮列车的吸死防护问题研究 [J], 张颖;陈慧星;李云钢
5.混合励磁磁浮系统磁力分析及永磁体厚度对磁力影响 [J], 杜玉梅;史黎明;金能强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。