磁悬浮球系统控制器的分析设计

从磁悬浮球的物理模型出发,建立了磁悬浮球系统的线性化数学模型,在模型分析的基础上,对控制策略进行了分析与研究。重点介绍了通过积分分离和微分先行两种方法对PID控制器进行优化设计的方案。仿真研究表明,所设计的控制器较好地满足了系统的要求。

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第2 4卷第 1期20 0 7年 1月

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磁悬浮球系统控制器的分析设计张占军，小玲林(海大学自动化系，海 2 07 )上上 0 0 2

摘要：从磁悬浮球的物理模型出发，建立了磁悬浮球系统的线性化数学模型，模型分析的基础在上，对控制策略进行了分析与研究。重点介绍了通过积分分离和微分先行两种方法对 PD控制器 I

进行优化设计的方案。仿真研究表明，所设计的控制器较好地满足了系统的要求。关键词：悬浮球； I磁 PD控制；分饱和；分先行积微

中图分类号： P 7 . T 23 5

文献标识码： A

文章编号：01 45 (07 1 01— 3 10— 5l20 )— 09 0

Th n l ss a d e i n o h o r le f m a ne i e t to H y t m e a a y i n d sg f t e c nt o lr o g tc lvia i n ba s s e

Z HAN Z a - n.L N X a— n G h n j u I iol g i( eat n u m t n S ag a nvrt, h nh i 00 2 hn ) Dp r t f t ai, h nh i i sy Sa g a 2 0 7,C ia me o A o o U eiAbs r t t ac:W ih t e i to cin f t hy ia o lo h i ge ma n ts s n in s se, is ln a ie mo e n t h n rdu to o he p sc lm de ft e sn l g e u pe so y t m t ie rz d d la d c n rlsr tg swe e sabih d nd a l z d. M e d d e in ft e PI o to tae e r e t l e a nay e s n e d sg o h D c nr le y n e r l e a ae a r vo s o to lr b itg a s p r t nd p e iudi e e e we e ea o ae f rnc r lb r td,a d is v ld t sp o e h o g he sm ua in. n t aiiy wa r v d t r u h t i

lto K e o ds:ma n tc l iai n bal yw r g e i evtto l;PI c nto;i e a au a in; p e iu ifr n e D o r l ntg ls t r to r r vo s dfe e c

0前

言

本研究以电磁悬浮 ( M )式下的磁浮球为 E S方研究对象，即利用通以直流电流的常导线圈产生的 .

磁场对铁磁材料所产生的吸引力来实现悬浮。由于 E MS方式是非稳定悬浮方式…,因此系统设计的关‘

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键是对控制器的设计。在控制器的设计方法中，虽●

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然 PD控制原理简单，存在两个弊端]因此往 I但，往造成控制效果不理想。 本研究针对磁悬浮球系统，出了对以上弊端提的改进设计方法。 a

图 1磁浮球系统的物理模型

1磁悬浮球系统线性化模型图 2悬浮球线性模型结构

电磁悬浮球系统的物理模型，图 1所示。电如磁铁在单质点吸引系统的基础上，模型可通过力其学和电学两方面来获得。在力学方面，悬浮体考将虑为简单的力学质点，只受到向下的重力和向上的悬浮力作用。而在电学方面，假设系统中导磁体则的导磁率为无穷大，且磁场均匀分布，在忽略漏磁并收稿日期：0 6— 7— 1 20 0 3

的情况下进行分析研究。为便于分析研究，模型对方程在标称点下进行线性化建模，终可得系统线最性化模型： f,t=后A ( )一kA ()+,( ) m△, ) ( yt l it dt {【 a ( )= R it ut A ()+L a ()一k y t 0 it i () a

作者简介：占军 ( 99一)男，张 17,内蒙古集宁人，要研究方向为磁悬浮控制系统。主