基于dSPACE的磁懸浮運(yùn)動平臺控制方法研究.pdf

1、磁懸浮支撐由于無摩擦、無磨損、無需潤滑、壽命長、低功耗、無噪音等優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視。磁懸浮平臺系統(tǒng)是一個具有強(qiáng)耦合、非線性特性的系統(tǒng)，其承載特性很大程度上取決于系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)。為使系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的懸浮性能和定位效果，對系統(tǒng)進(jìn)行合理的分析并選擇合適的控制方案具有極其重要的意義。本文采用基于dSAPCE平臺快速控制原型方式，系統(tǒng)展開了磁懸浮運(yùn)動平臺控制方法的研究，主要研究內(nèi)容為： 首先，建立系統(tǒng)模型。把平臺整體作為控制對象研究

2、時，利用拉格朗日方程建立了完整的五自由度平臺動力學(xué)模型；而把每對電磁鐵作為獨(dú)立對象研究時，對單對電磁鐵又進(jìn)行了的動力學(xué)建模分析。 其次，在所建立的模型基礎(chǔ)上進(jìn)行控制方法的研究和仿真分析： 平臺作為整體控制時，采用線性二次最優(yōu)狀態(tài)反饋控制（LQR）的方法設(shè)計(jì)了控制器。通過仿真比較確定了合適的性能指標(biāo)加權(quán)陣使系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能。LQR集中控制考慮了系統(tǒng)耦合影響，但反饋系數(shù)太多，實(shí)時計(jì)算量大，采樣周期變長，因此在實(shí)時控

3、制時更多采用對每對電磁鐵進(jìn)行獨(dú)立控制的設(shè)計(jì)方案。 對每對電磁鐵獨(dú)立控制時，主要采用了PID和模糊PID的控制方法。PID控制器結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，在設(shè)計(jì)中，通過對系統(tǒng)穩(wěn)定性研究，并綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)剛度、阻尼確定了三個控制參數(shù)的理論值。而在磁懸浮平臺的實(shí)際工作中，由于導(dǎo)軌面不平整及一些環(huán)境因素的影響需要PID控制參數(shù)具有在線自整定能力，因此結(jié)合模糊控制的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)模糊PID控制器，通過預(yù)先設(shè)定的參數(shù)調(diào)整規(guī)則對PID的三個

4、控制參數(shù)進(jìn)行自動補(bǔ)償。仿真結(jié)果表明，模糊PID控制在系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和抗干擾性上都優(yōu)于常規(guī)的PID控制。 最后，在用Simulink完成不同控制方法的離線仿真的基礎(chǔ)上，利用dSPACE平臺對系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)時仿真實(shí)驗(yàn)。介紹了基于dSPACE的磁懸浮控制系統(tǒng)構(gòu)成及軟件實(shí)現(xiàn)。將PID和模糊PID控制算法分別應(yīng)用于磁懸浮運(yùn)動系統(tǒng)，得到了平臺的懸浮波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：這兩種控制方法都可以使平臺穩(wěn)定懸浮，但模糊自整定PID控制具有更好的穩(wěn)定性