磁悬浮车悬浮控制方法的研究与实现

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磁悬浮列车作为一种新型交通工具,已经应用于实践。由于常导电磁吸引式悬浮控制系统本身固有的非线性和不稳定性,以及外干扰引起的不确定性,增加了悬浮控制技术的难度。磁悬浮列车的舒适性和安全可靠性主要决定于悬浮控制性能。因此,悬浮控制技术就成为其关键和核心技术之一,针对悬浮控制技术的研究具有重要的实际意义。本文基于磁悬浮列车,以单电磁铁为研究对象,进行了数字悬浮控制器的设计。首先,介绍了悬浮电磁铁的基本结构和工作原理,建立和分析了数学模型。通过在平衡点附近线性化,得到系统的状态方程和传递函数,同时分析了系统的能观性与能控性。然后,针对磁悬浮控制系统的非线性的本质,结合模糊控制和滑模控制各自的优点设计了模糊滑模悬浮控制器。并通过仿真与PID控制、模糊控制以及滑模控制方法进行了对比,模糊滑模悬浮控制器不但大大削弱了滑模本身固有的抖振问题,还具有良好的鲁棒性、响应快速和无超调量等特点,初步验证了模糊滑模控制器的可操作性。其次,根据单电磁铁悬浮系统的特性,设计了基于DSP(TMS320LF2407A)的数字悬浮控制器,完成了硬件系统和控制软件的设计。其中,根据TMS320LF2407A的特点设计了数字悬浮控制器的外围电路;采用汇编语言模块化编程,核心控制算法为数字PID,这种算法简单易实现。最后,分别对硬件系统和控制软件进行了调试,并针对调试过程中出现的问题进行了改进和完善。进行了单点电磁铁悬浮试验,得出试验结果,试验证明该控制器能够满足磁悬浮控制系统的要求,提高了系统悬浮刚度,具有一定的稳定性和鲁棒性,基本实现稳定悬浮。
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