磁浮列车悬浮控制器设计与仿真分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要近几年，我国在消化吸收德国TR08高速磁浮技术的基础上，开展了高速磁浮技术国产化与创新研究，取得了不少有价值的研究成果。但是，在磁浮列车关键核心技术——磁悬浮控制技术方面，我国至今未取得突破性进展，尚需深入开展相关基础理论研究。本文针对TR08磁浮列车系统，开展了悬浮控制器设计与仿真分析，以期为我国高速磁浮列车技术开发提供理论和应用参考。论文介绍了TR08磁浮列车悬浮控制基本原理及其系统结构特点，从动力学和电磁学角度对悬浮控制系统进行分析，建立了单电磁铁悬浮系统非线性数学模型。分别采用基于平衡点线性化和状态反馈线性化方法，对悬浮系统非线性模

2、型进行线性化处理，建立了电压控制磁悬浮系统和电流控制磁悬浮系统线性化模型，比较了两种模型的优缺点，为磁悬浮控制器设计提供了基础模型。利用MATLAB软件仿真分析了两种悬浮控制系统动态响应，分析表明基于反馈线性化模型设计的控制器具有更好的动态性能和抗干扰能力。由于磁悬浮系统具有强非线性和时变特点，状态反馈控制难以获得理想的动态性能和鲁棒性，结合模糊控制和PID控制的优点，设计了基于反馈线性化模型的模糊PID悬浮控制器，给出了模糊PID控制器的实现原理和设计参数，并通过数值仿真与经典PID控制方法进行对比，结果表明模糊PID悬浮控制器不但响应速度快、超调小，还具有稳态性能好、鲁棒性强

3、等优点。为了考察基于单铁悬浮系统设计的控制器应用于磁浮车辆系统的动态特性，采用多体系统仿真软件SIMPACK，建立高速磁浮车辆机电系统动力学模型，计算了磁浮车辆机械系统和控制系统的动态响应，分析了状态反馈控制参数的动力学影响。关键词：电磁悬浮；反馈控制；模糊PID控制；动力学；数值仿真西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractInrecentyears，Chinahascarriedoutsomedomesticinnovationresearchanddevelopmentofhigh—speedmaglevtraintechnologybasedonthedige

4、stiveabsorptionresearchoftheGermanTR08maglevtraintechnology,andChinahasacquiredsomevaluableresearchresults．However,thebreakthroughprogressinthekeytechnologyofhigh-speedmaglevtrain--levitationcontroltechnologyhasnotbeenachievedyet．Soitisnecessarytodevelopfurtherbasictheorystudiesoflevitationco

5、ntr01．AimingtotheTR08high—speedmaglevtrainsystem,levitationcontrollerdesignanddynamicsimulationwerecarriedoutinthispaper．Thepurposeofthispaperistoprovidesometheoryandapplicationreferencesforhigh-speedmaglevtraintechnologydevelopmentinChina．Firstly,thispaperintroducestheelectromagneticlevitati

6、onprincipleanditsstructurefeaturesofTR08high-speedmaglevtraill．Then．theactivelevitationcontrolsystemisanalyzedfromthestandpointofdynamicsandelectromagnetism，andthenonlineardynamicmodelofsinglemagneticlevitationsystemisestablished．Furthermore，thenonlinearmodelislinearizedusingtheequilibriumlin

7、earizationmethodandfeedbacklinearizationmethodrespectively．Thelinearvoltagecontrolmodelandcurrentcontrolmodelareobtained．Comparingtheadvantagesanddisadvantagesofbothlinearizedmodels，thebasicmodeloflevitationsystemispresentedforthecontrollerde