磁悬浮的模糊控制系统设计+数学建模+仿真(4)
本文主要研究模糊控制方法在磁悬浮系统中的应用。首先对常规模糊控制器的控制效果进行实现与分析；并应用于磁悬浮系统的实时控制中，从而加强了对模糊控制方法的研究与探索。
1.4 本次课题主要工作
本课题介绍磁悬浮球实验系统的结构与工作原理，以开环不稳定和强烈非线性的磁悬浮转台为研究对象，其控制器性能的好坏直接影响到磁悬浮转台的动态性能。模糊控制因其简单实用，不需要精确的数学模型等特点而成为磁悬浮控制系统的理想选择。采用模糊控制方法实现对磁悬浮转台的数字控制，利用Matlab模糊逻辑工具箱中的nS(FuzzyInfemee Systm)编辑器，结合Simutink工具箱建立了模糊控制系统的仿真模型，并对整个系统进行了仿真和实验。
磁悬浮系统是典型的非线性迟滞系统，应用常规PID控制难以实现有效控制．根据模糊控制技术，本课题设计了一个二文模糊控制器。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。Matlab/simulink环境下进行了仿真，并进行了实际控制实验。通过实时控制实验证明，模糊控制算法具有较好的灵活性、适应性，对于磁悬浮这种非线性复杂系统的稳定性和动态性都有较好的控制效果。
1.5论文内容安排
第一章绪论：主要介绍磁悬浮技术在国内外的研究现状和实际应用情况，并对磁悬浮系统的特性和控制方法等作简明分析，最后给出全文的内容安排。
第二章磁悬浮控制系统的数学建模：介绍与磁悬浮系统相关的电磁学理论，以及磁悬浮控制系统的原理、硬件组成和特征，接着详述了磁悬浮系统的数学模型的建立，并在此基础上对磁悬浮控制系统特性进行分析。
第三章模糊控制原理与实现：首先概述模糊控制理论，然后对模糊控制系统的基本原理和模糊控制器的具体设计步骤做详细的阐述。
第四章模糊控制在磁悬浮系统中的应用：模糊控制器的原理与设计过程进行了详述，模糊控制在磁悬浮系统中设计与应用过程，并就实时控制结果进行相关分析。
第吹冰章总结与致谢：总结本文的主要工作，以及致谢。
2 磁悬浮系统原理及数学模型建立
本节首先介绍了电磁学理论的基本原理，在对磁悬浮控制系统的工作原理、结构特性作了简单概述，并在此基础上完成对系统的数学建模，最后根据系统模型进行分析得出可控性及可观性。
2.1 电磁学理论基础
在电磁元件中，为了能用较小的电流产生较强的磁场，得到较大的磁力，通常把产生磁场的线圈绕在由铁磁材料制成的、具有一定形状的铁芯上。由于铁磁材料的导磁性能要远比空气好，使磁通主要集中在铁磁物质内，形成一条闭合的磁路。
铁磁材料的磁性可用其磁导率来 来表示，它反映了给定的输入磁场产生磁通时的难易程度，通常它们的磁导率比真空中的磁导率要大几百倍到几千倍。将未被磁化过的磁性材料放到由恒定电流产生的磁场中，使外磁场逐渐增大，材料中的磁感应强度B的变化曲线如图 2.1所示。可以看出， B / H 是非线性的。当磁场强度 H 变化时，导磁系数变化很大。
图 2.1 磁化曲线
当磁化电流为交变电流时，将未被磁化过的磁性材料放到磁场中，经过反复磁化后，便得到一条闭合的磁滞回线，如图 2.2所示。其中 Br 为剩磁感应强度，H c 为矫顽磁力，Bm为饱和磁感应强度。
图 2.2 磁滞回线
按照磁滞回线形状的不同，可将磁性材料分为软磁性材料和硬磁性材料。前者具有导磁系数大、矫顽力小、磁滞损失小、易磁化、剩磁少等优点，即软磁性材料的磁滞特性要比硬磁性材料的磁滞特性要硬。与其他类型的磁性材料相比，软磁材料还具有较稳定的高频特性。EMI 抑制器件的磁芯或EMI 吸收磁环通常选用软磁材料来制作，因此，在磁悬浮列车上选用的基本上都是软磁性材料，如硅钢、软铁、铁氧铁、铸铁等。