磁悬浮运动平台的控制系统研究

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1、摘要磁悬浮支撑由于无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长、低功耗、无噪音等优点越来越受到重视。磁悬浮平台系统是一个具有强耦合、非线性特性的系统，其承载特性主要取决于平台的结构参数和控制系统。因此，开展磁悬浮平台各种耦合关系、承载特性和控制器的研究具有极其重要的意义。本文利用拉格朗日方程建立了五自由度磁悬浮平台系统的动力学模型，并分析了系统的各种耦合特性、建模误差及承载特性。在此基础上文中采取两种控制策略实现磁悬浮平台系统的控制：分散控制和集中控制。采用分散控制时，首先基于PID控制器建立了系统完整的机电耦合动力学模型，并对系统的运动稳定性进行了研究，得到了平台稳定悬浮时PID控制器的三个控制参

2、数K。、墨、哎的选择范围，通过分析PID参数与系统刚度阻尼的关系，最终确定了这三个控制参数；然后结合模糊控制的优点，设计了具有良好鲁棒性的模糊PID控制器。仿真结果表明，基于模糊PID控制器的分散控制策略能实现磁悬浮平台的稳定悬浮，但系统动态性能欠佳。采用集中控制时，针对系统的强耦合特性，首先采用了线性状态反馈解耦控制，仿真结果表明，该控制器能使系统具有良好的动、静态特性，但存在实时计算量大、控制器设计复杂、过度依赖数学模型的精确性等缺点。因此，论文针对平台的结构特点提出一种新的解耦控制方法，即矩阵变换解耦控制，使用输入输出的坐标变换实现系统运动空间上的解耦，将磁悬浮平台这一MIMO系统

3、转化为5个SISO系统，控制器设计简单、实用，仿真结果表明平台能够实现稳定悬浮，动、静态性能良好。文章最后使用模糊PID在一轴向控制的磁悬浮轴承上进行悬浮实验，实验结果表明：基于模糊PID理论设计的控制器可以实现系统的稳定悬浮，且具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。关键词：磁悬浮平台，模糊PID，状态反馈，矩阵变换，解耦中南大学硕士学位论文ABSTRACTMagneticsuspensionhasbeenpaidmoreandmoreattentionbecauseofitsmanymeritssuchasnomechanicalcontact．nowear，lowpowerloss。none

4、edoflubricationandlongservicelife，etc．Themagneticplatehasvariouscouplingandnon-linearcharacteristics，itsbearingcharacteristicisdeterminedmainlybyitsconfigurationparameterandcontrolsystem．Therefore，ithasgreatsignificancetoresearchthecouplingandbearingcharacteristic，controllersystemofthemagneticpla

5、tesystem．Thefivefree·degreedynamicmodelissetupbyLagrangeequation．Thecouplingcharacteristic，modelerrorandbearingcharacteristicareanalyzed．Thentwocontrolmethods，whicharediscretecontrolandcentralizedcontrol，areusedtomaketheplatesuspendstablyinthisP印er．First，thecoupledelectromechanicaldynamicmodelbas

6、edonPIDcontrollerissetupcompletely．Byanalyzingthestabilityofthemagneticplate，therangeofthecontrollingparametersK—KI、Xdisfoundwhenthemagneticplateissuspendingstably．Throughanalyzingtherelationbetweenthecontrollingparametersandthestiffness，dampingofthemagneticplatesystem，thecontrollingparametersare

7、determinedfinally．Thenafuzzy-PIDcontrollerwhichhasbetterrobustnessisdesignedcombiningthemeritofthefuzzycontroller．Emulationresultsindicatethatthediscretecontrolbasedonthefuzzy-PIDcanmakethemagneticplatesuspendstably，bu