磁悬浮系统是学习和研究控制理论的重要平台之一。对磁悬浮系统的研究可以归结为对非线性系统和不稳定系统的研究,这类复杂控制对象难以用数学公式进行精确描述,采用经典控制方法也难取得好的控制效果。因此,对于磁悬浮系统,获取不依赖于数学模型的控制方法具有十分重要的意义。本文基于德国Amira公司设计的MA401型磁悬浮实验设备,首先介绍单自由度磁悬浮系统的构成及工作原理,详细分析了系统的动态模型,在线性化基础上对系统进行定性分析,指出磁悬浮系统为本质不稳定对象,并应用奇异摄动法建立了磁悬浮系统的非线性数学模型。其次,针对磁悬浮系统难以建立精确数学模型的特性,构造了一个二维模糊控制器,加入积分环节消除误差,实验结果表明系统具有很强的鲁棒性。最后,在MATLAB环境下利用S-函数建立磁悬浮的非线性动态模型。针对系统的开环不稳定和强烈非线性的特性,在基本模糊控制和常规PID控制的基础上提出模糊自适应PID(FAPID)控制策略,虽然改善了系统的动态性能,却造成了稳态误差的增大。为此文中提出了一种改进的模糊自适应PID控制方法(IFAPID),将微分环节从模糊控制器中剥离出来,只对比例和积分参数进行模糊整定,并针对磁悬浮系统的强烈非线性,在模糊控制器中采用非线性模糊化。仿真结果表明,IFAPID控制系统的抗干扰和适应参数变化的能力都优于PID和FAPID控制方法,并具有更好的动态特性和稳定性。