论文摘要
伴随着现代社会工业生产与人类生活对运动载体高速化需求的不断增长,磁悬浮技术渐渐成为了世界的研究热点之一。本次课题针对GML磁悬浮实验平台并基于Matlab环境进行分析与设计,以下是本文所阐述的主要内容：磁悬浮控制系统搭建、系统建模以及控制器分析与设计。首先,在控制系统的搭建上,本文主要针对Matlab中RTW和xPC Target两种实时控制工作方式分别搭建了磁悬浮实时控制系统和双机模式的远程监控系统。在RTW方式下,即在单PC机工作模式下,基于Simulink控制开发环境,以PCI-1711数据采集卡作为系统I/O口,并且以磁悬浮系统作为被控对象搭建磁悬浮控制系统；在xPC Target方式中,基于RTW方式下所构建的系统,并以系统的PC机作为目标机,采用RS-232方式通讯方式构建双机模式,然后在宿主机的Simulink环境下,以xPC Target工具箱作为主要开发平台,应用S函数开发xPC Target环境下的PCI-1711板卡的驱动程序,实现了xPC Target方式下的双机模式的远程监控系统。其次,在系统数学模型的建立上,以机理建模为主导思想,应用最优化思想修正仿真模型参数。首先基于物理意义的分析与理解创建磁悬浮系统的物理结构模型,然后在Simulink环境下,依据传感器标定数据以及初始参考数据,并基于S函数模块建立初始数学模型,最终依据PID实时控制下的实验数据和模型仿真数据的偏差值的IAE（偏差绝对值积分）最小的原则应用最优化的思想进行寻优处理,修正系统模型参数。最后,在控制器的分析与设计上,本文以磁悬浮控制系统良好的稳定性、跟踪性能以及抗干扰性为主要设计目标。首先,构建PID磁悬浮控制系统并对系统设备悬浮体小球的可控范围及悬浮特性进行了调试与分析；然后,依据可控范围内的PID控制参数,应用S-function Builder构建自适应PID控制器,从而实现对于磁悬浮小球在可控范围内的轨迹跟踪；再则,依据磁悬浮PID控制调节经验,总结PID模糊规则表,并基于Fuzzy toolbox创建模糊控制仿真系统,并进行了仿真分析；最终,依据系统实时性的要求,创建模糊控制查询表,并结合自适应控制器的设计,创建自适应模糊PID控制器,并对系统在各控制器下系统的动、静态特性进行了对比分析研究。实验表明,相对于普通PID和自适应PID控制,自适应模糊PID控制显著提升了系统的适应能力,并大大改善了的系统动、静态品质,因而,自适应模糊PID控制器的设计是成功的。