载人磁悬浮展品车悬浮控制技术的研究

论文摘要

本文是在沈阳市科委科研项目“载人磁悬浮展品车的开发与研制”结题后完成的，文中阐述了磁悬浮控制系统的原理和组成，建立了单铁磁悬浮系统的数学模型，并就数学模型在平衡点处进行了线性化分析，得到了系统的状态方程和传递函数。在此基础上，分析了系统的能控性和能观性，对磁悬浮系统设计了线性状态反馈控制器、PID控制器等。从列车运行结果看，列车运行平稳，四点悬浮稳定，系统响应快、抗扰性强，位移误差变化范围为±0.05mm，没有明显的振动，测试的位移曲线和电流曲线平滑，超调小，具有理想的控制效果。文中论述了磁悬浮的控制目的、控制原理、控制策略及控制电路和驱动电路的组成，并分析了试验结果，设计了磁悬浮列车模糊控制器，并作出了仿真结果。仿真效果表明，模糊控制比常规PID控制有更好的动态性能，响应速度快，鲁棒性更强的特点，完全消除系统余差，使系统成为无差模糊控制系统，符合磁悬浮列车系统的控制要求。由于该系统属于非线性大惯量滞后系统，系统本身没有稳态工作点，系统平衡只能是一个动态平衡，其工作状态为高频振动，由此导致磁悬浮列车悬浮系统的四个电磁悬浮单元之间的机械耦合是不可避免的，因此，必须提高系统的动态响应和超前控制。项目中采用了桥式电路和预判超前控制策略，使电气阻尼和机械阻尼共同作用。电气上引入了加速度控制，机械上采用机械阻尼弹簧和空气弹簧作为两级串联阻尼减振的措施，控制效果比较理想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 磁悬浮技术的发展及现状
• 1.2 磁悬浮技术研究的意义
• 1.3 磁悬浮列车的控制目的
• 1.3.1 控制部分的组成
• 1.3.2 控制目的
• 1.3.3 控制品质的要求
• 1.3.4 控制特点
• 1.4 课题设计任务
• 2 磁悬浮系统的原理和组成
• 2.1 磁悬浮系统的工作原理
• 2.2 悬浮控制系统的组成
• 2.2.1 电涡流传感器
• 2.2.2 使用传感器应注意的问题
• 2.2.3 传感器的主要特点
• 2.2.4 电磁铁电流驱动单元
• 2.3 驱动电路的设计
• 2.3.1 IGBT驱动电路
• 2.3.2 IGBT驱动电路的基本要求
• 2.3.4 直线电机
• 2.4 PID控制电路的设计
• 2.4.1 PID的调节作用
• 2.4.2 磁悬浮PID控制器的设计
• 2.4.3 PID控制参数的整定
• 2.5 保护电路的设计
• 2.6 抑制冲击电路
• 3 单铁磁悬浮系统的数学模型
• 3.1 单铁磁悬浮系统建模的必要性
• 3.2 单电磁铁悬浮系统动态模型
• 3.3 平衡点附近线性化模型
• 3.4 单铁磁悬浮非线性系统鲁棒控制模型
• 3.5 振动的产生及消除方法
• 4 控制器的实现和实验结果
• 4.1 控制器的硬件电路的实现
• 4.1.1 PID控制器
• 4.1.2 驱动电路
• 4.1.3 外围电路
• 4.2 实验结果和分析
• 4.3 交错耦合问题
• 5 磁悬浮列车模糊控制器设计
• 5.1 比例因子的定义
• 5.2 模糊语言变量值的选取
• 5.3 模糊化和解模糊
• 5.4 模糊控制决策
• 5.5 模糊PID控制
• 5.6 仿真研究
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢