多模型切换控制方法在磁悬浮系统中的应用

2012年03月14日09:36:35 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

彭　辉，高　杰
中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙

摘　　　要：针对磁悬浮装置的非线性及对实时性要求高的特点，对磁悬浮装置构造线性二次型调节器（ＬｉｎｅａｒＱｕａｄｒａｔｉｃｒｅｇｕｌａｔｏｒＬＱＲ）并采用多模型切换的控制方法对磁悬浮装置进行实时控制，取得了较好的控制效果。讨论了ＡＲＸ模型的结构、原理、模型阶次的选择和辨识方法等问题，介绍了状态空间的创建方法和ＬＱＲ控制器的构造方案，利用实验室现有的试验设备：ＰＣ、数据采集卡以及磁悬浮装置，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中组建实时控制模块，对铁球在磁悬浮装置中的位置进行实时控制。并且对磁悬浮球系统在不同信号源给定下的控制效果进行了讨论和分析，针对磁悬浮系统的非线性强的特点提出了多模型切换的控制方法。较后比较了多模型切换的ＬＱＲ控制方法和传统ＰＩＤ控制方法的控制效果，证明了提出的方法有更好的性能。

关　键　词：磁悬浮装置；二次型调节器；ＡＲＸ模型；ＬＱＲ控制器；ＰＩＤ；实时控制

１　引　言
磁悬浮技术在今天受到了越来越多的关注。由于磁悬浮的“零接触” 理念—能使原件之间具有无摩擦、无噪声、无需润滑、寿命高、能耗低、安全可靠等优点，在机械、电子、航空航天、交通等各方面有着很大的发展前景。在一些领域磁悬浮技术已经进入实际应用阶段，如磁悬浮列车、磁悬浮轴承等。但由于磁悬浮系统具有强开环不稳定性、固有的非线性以及实时性要求高等特性，这给对磁悬浮装置进行控制造成了很大的麻烦。目前多使用传统的ＰＩＤ控制和模糊控制，但由于ＰＩＤ控制方法依靠凑试法来调节ＰＩＤ参数得不到理想的控制效果，而模糊控制的控制规则表也是根据调试经验来指定的，依然动态性能较差。本文采用较小二乘法对磁悬浮系统建立ＡＲＸ模型，得到了系统的数学模型并创建状态空间。利用状态空间构模型造ＬＱＲ控制器并采用多模型切换的控制方法［１］以期得到更好的控制效果。

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