磁悬浮球自适应模糊滑模控制

磁悬浮球系统是典型的具有非线性特征的开环不稳定系统,为提高磁悬浮球(Magnetic Levitation Ball,MLB)系统的悬浮性能,设计直接自适应模糊滑模控制器。构造新型的积分型滑模面保证状态变量能够在有限时间内收敛到零点;为了消除趋近率函数的不连续产生的抖振问题,设计特定的自适应律,采用自适应模糊控制对切换项进行估计。仿真结果表明,自适应模糊控制能够有效的估计切换项,从而大大削弱了滑模的抖振,证明了控制策略的有效性。

基于干扰观测器的磁悬浮球系统全局快速终端滑模控制

为解决磁悬浮球系统模型不确定性和易受外部干扰影响的问题,提出一种基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制(GFTSMC)方法.首先,分析了磁悬浮球系统的数学模型并建立动态方程;然后,设计终端滑模干扰观测器(TSMDO),用以观测和估计系统所受到的扰动,经证明,该观测器对扰动的估计误差能在有限时间内收敛;其次,为克服系统不确定性和外部干扰的影响,设计了基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制器,可以实现系统的全局快速收敛,所设计的控制律不含切换项,能削弱抖振,以提高系统的抗干扰性和鲁棒性;最后,对所提出的TSMDO-GFTSMC进行了仿真验证,结果表明:与基于扩张状态观测器的连续滑模控制方法相比,采用本文方法,磁悬浮小球的起浮响应时间缩短0.38 s,位移偏差减小90%,跟踪误差由0.420 mm减小为0.032 mm;本文方法提高了对干扰的观测精度,优化了磁悬浮球系统的控制效果,增强了系统的鲁棒性.

基于神经网络反馈补偿控制的磁悬浮球位置控制

针对现有磁悬浮球位置控制算法控制精度不高的问题,提出了一种基于神经网络反馈补偿控制、PID控制和神经网络辨识器的磁悬浮球位置控制结构。采用神经网络辨识器建立控制系统误差与控制量的动态模型,在线学习时,神经网络辨识器在磁悬浮球位置实时控制过程中被训练,其训练后的参数动态复制给神经网络反馈补偿控制器,避免了神经网络反馈补偿控制器的离线训练。神经网络反馈补偿控制器在实时控制过程中基于PID的控制输出作进一步的学习,以补偿神经网络辨识器的建模误差并产生一个反馈补偿控制量。在控制回路中引入PID控制器可以保证神经网络在学习初期或系统受到扰动时闭环系统的稳定性,提高控制算法的鲁棒性。仿真与实验结果表明:神经网络反馈补偿控制方法较PID控制方法的控制精度由0.5mm提高到0.04 mm,控制系统具有良好的动静态性能和较强的鲁棒性。

磁悬浮球系统的分数阶滑模控制

针对磁悬浮球系统存在着严重非线性和不确定性问题,提出了一种分数阶滑模控制方案。为了消弱传统滑模控制中的抖振现象,将传统滑模控制器中整数阶滑模面函数采用分数阶PDμ结构设计,结合等速趋近律给出分数阶滑模控制器的设计方法,利用Lyapunov稳定性理论证明了该控制方法的稳定性,并采用Tustin算法和连分式展开法,实现了分数阶滑模控制器的离散化。仿真和实验结果表明:分数阶滑模控制不但使磁悬浮球系统具有较好的跟踪性能,而且对外部扰动具有较强的鲁棒性。

模糊控制在磁悬浮球系统实时控制中的应用

在磁悬浮球系统中采用PID控制时,动态性能较差,控制效果不理想。为了获得控制效果较好的控制器,根据模糊控制原理,设计磁悬浮模糊控制器。根据PID实时控制中的经验,确定模糊控制器的输入输出变量模糊化范围,建立合理的模糊规则表。在Matlab/Simu-link中组建实时控制模块,并分别对磁悬浮球系统在无干扰和有干扰下进行实时控制。对控制效果进行分析讨论,证明模糊控制器具有良好的鲁棒性和在非线性系统控制中的有效性。

磁悬浮球的鲁棒控制器设计

为了掌握磁浮支承的设计和控制原理,设计一种新型的磁悬浮球实验装置,建立其动力学模型。应用H∞混合灵敏度控制理论,通过合理选取加权函数,设计该实验装置的H∞鲁棒控制器,并采用数字控制方法,对其离散化后用DSP系统实现了其稳定控制。仿真和实验结果表明:与传统的PID控制方法相比,基于H∞控制理论设计的磁悬浮球控制器具有更好的动态性能,如系统起浮时的超调量从0.8 mm降低到0.4 mm,稳态偏差从原来的0.35 mm降低到0.10 mm,且具有更快的响应速度和更强的鲁棒性。

混合磁悬浮球系统变参数PID控制仿真

根据奇异摄动法,建立了混合磁悬浮系统非线性动态数学模型,并根据控制器参数的整定原则,提出了混合磁悬浮球的一种变参数PID控制方案．在MATLAB的Simulink环境下用S- Function编写参数变化规则模块,所进行的动态仿真结果表明,变参数PID控制器无论在上升时间、超调量,还是调节时间上都明显优于传统的PID控制器．

基于MATLAB的磁悬浮球实时控制设计及实验研究

对单自由度磁悬浮系统进行研究是研究磁悬浮技术的一个有效方法。根据磁力轴承基础理论建立单自由度磁悬浮球系统模型,在MATLAB/SIMULINK环境下进行控制仿真分析,设计MATLAB实时控制器,利用可视化操作界面和实时监控调试程序来整定PID参数,并采用变参数PID控制方法实现了磁悬浮球系统的实时控制,使球在4 s内达到±0.01 mm精度的稳定悬浮状态。

基于线性函数型权重的RBF-ARX模型的磁悬浮球系统预测控制

为了充分描述磁悬浮球系统具有非线性、开环不稳定性及响应快速性等特性,建立一个带线性函数权重的RBF-ARX(linear functional weight RBF networks-based ARX model,LFWRBF-ARX)模型。与一般的RBF-ARX模型不同之处在于,它引入1个与工作点状态相关的局部线性结构作为RBF网络输出层的权值。该模型随系统工作点的变化而变化,固定工作点时为局部线性ARX模型,当工作点变化时为全局非线性ARX模型。根据该模型的结构特点,采用结构化非线性参数优化方法(structured nonlinear parameter optimization method,SNPOM)来辨识模型的结构及线性、非线性参数。然后,以辨识的模型为基础,根据模型的局部线性及全局非线性特征设计预测控制器。仿真结果表明:以该建模方法建立的模型能很好地局部和全局描述磁悬浮球系统的动态特性,并能实现小球的稳定悬浮控制,比以一般ARX模型、RBF-ARX模型为基础的控制效果更好。

主动控制磁悬浮球的磁场分析和测试

利用ANSYS有限元分析软件对磁悬浮球的磁场分布进行了建模、求解和解后处理。计算了磁悬浮球的磁通密度、电磁力和磁力线等。使用Lakeshore 410型高斯计对磁悬浮系统的电磁铁和钢球气隙中的磁通密度进行了测量,并对有限元计算结果和测量数据进行了比较分析。结果表明,使用有限元法计算磁悬浮球的磁场分布精确度较高,而且可以考虑非线性B-H曲线、磁泄漏、边缘效应等问题,能真实准确地模拟磁悬浮球的磁场分布情况。

基于模糊PID的磁悬浮球控制系统研究

针对磁悬浮球系统的本质不稳定性,设计模糊PID算法实现系统的稳定控制,并使之动态性能及稳态性能满足要求;文中首先分析了磁悬浮球系统的基本原理,并进行力学分析,建立系统的数学模型,并对其中的非线性部分进行了平衡点处的线性化,而后采用用PID控制设计,PID可以实现系统的稳定控制,且控制精度较高,但对于动态性能的改善不足,且当模型中的参数改变时,PID参数的适应性较差;因此在PID参数的基础上,采用模糊PID控制,使得系统既可以满足三性要求,又可以使其具有参数变化的适应能力。

基于DSP的磁悬浮球模糊PID数字控制器

给出了磁悬浮球系统的工作原理及其数学模型,阐述了模糊PID控制器的设计方法,设计了以DSP为核心的磁悬浮球模糊PID数字控制器并进行实验,实现了钢球的稳定悬浮。结果表明,该系统具有良好的控制效果。

混合磁悬浮球系统磁场数值计算

利用有限元法对混合磁悬浮球系统中的磁场及磁力进行了数值计算,并利用检测系统对混合磁悬浮球间隙中的磁感应强度、磁场力、控制电流进行了测量.测量数据与计算结果基本相符.研究结果可为进一步改进磁悬浮系统设计和降低控制功耗提供参考.

磁悬浮球实验系统的模糊控制仿真

该文介绍磁悬浮球实验系统的结构与工作原理 ,根据模糊控制技术 ,设计了一个二维模糊控制器。在实验的基础上 ,确定了输入输出变量的范围 ,并对变量进行了模糊化。根据小球的物理运动规律 ,建立了模糊控制规则。在Matlab/Simulink环境下进行了仿真 ,并进行了实际控制实验。实验表明 ,所设计的模糊控制器具有很强的鲁棒性。

基于扩张状态观测器的磁悬浮球的反步控制

针对单自由度磁悬浮系统的非线性、不确定性和易受扰动等特点,提出一种基于扩张状态观测器的反步控制方法以提高系统的控制性能。在系统受到不确定性扰动的情况下,运用扩张状态观测器实时估计悬浮球的位置、速度和扰动信息,并将这种估计值与控制器设计相结合,然后采用反步法设计磁悬浮球的悬浮位置跟踪控制律,以Lyapunov方法证明系统的跟踪误差最终有界收敛。仿真结果表明,ESO-BS控制与PID控制相比,前者系统调节时间为0.01 s,后者调节时间为0.08 s,明显偏长,因此,ESO-BS控制的动态特性要优于PID控制。在系统存在不确定性的条件下,所设计的控制律能实现磁悬浮球的稳定悬浮,并能根据要求的悬浮高度位置实现位置跟踪。

磁悬浮球控制系统的仿真研究

针对磁悬浮球系统的本质不稳定性,设计PID控制算法实现系统的稳定控制。建立磁悬浮球系统的动力学模型,并对其中的非线性部分进行平衡点处的线性化,采用根轨迹校正设计超前滞后控制器。最后采用PID控制设计,并使用根轨迹校正中零极点对系统性能影响的思想去调整PID参数,使系统的稳定性、动态性能和稳态性能满足要求。

磁悬浮球系统的自适应反演滑模控制

磁悬浮球系统是一种典型的开环不稳定系统,为了实现磁悬浮球系统的精确控制,而且使系统更具有实际意义,设计了一种自适应反演滑模控制器。在实际控制系统中,不确定性及外加干扰是未知的,本文基于实际应用,利用该系统的线性化模型,来设计此控制器。实验结果表明:所设计的自适应反演滑模控制器与普通滑模控制器相比,能减小系统的抖振,能较好的实现小球的稳定悬浮并具有良好的动态跟踪性能,与自适应滑模控制器相比,能更好的在实践中应用。

磁悬浮球模糊控制系统的研究

本文介绍了磁悬浮球控制系统的结构及工作原理 ,提出利用模糊控制技术实现钢球稳定悬浮的算法 。

基于MATLAB的磁悬浮球系统PID控制器设计与实现

介绍了磁悬浮球系统的结构和工作原理,建立了磁悬浮系统的数学模型并进行线性化处理;设计PID控制器,在Simulink环境下搭建控制系统的模型进行仿真研究,并在固高GML1001系列磁悬浮装置上进行实时控制实验。实验结果表明,采用PID控制,能使钢球快速地悬浮在期望位置,并且有一定的抗干扰能力。

PID控制器在磁悬浮球系统实验中的应用

设计了一个PID控制器对实验室已有的磁悬浮球系统进行了改进,通过对PID控制器参数的调整,来优化磁悬浮球系统的稳态及动态性能。