磁悬浮系统的模糊控制器设计(2)
3.3.1 PID控制器的选择 17
3.3.2 PID控制器的参数整定 17
4 模糊控制器及其设计 18
4.1 模糊控制器的基本结构与工作原理 18
4.2 模糊控制器各部分组成 18
4.3模糊推理方式 19
4.3.1 Mamdani模糊模型（迈达尼型） 19
4.3.2 Takagi-Sugeno模糊模型(高木-关野) 19
4.4 模糊控制器的文数确定 19
4.5 模糊控制器的隶属函数 20
4.6 模糊控制器的解模糊过程 22
5 模糊PID控制器的设计 24
5.1 模糊PID控制器结构 24
5.2 模糊PID控制器模糊部分设计 24
5.2.1 输入输出模糊集 24
5.2.2 输入输出的隶属函数 25
5.2.3 模糊规则的确定 26
5.2.4 模糊推理 27
5.2.5 解模糊 28
6 模糊PID控制器的MATLAB仿真 29
6.1 模糊控制部分的仿真 29
6.1.1 定义输入输出变量并命名 29
6.1.2 编辑隶属函数 29
6.1.3 编辑模糊规则库 30
6.2模糊控制器的SIMULINK建模 31
6.3 PID部分的SIMULINK建模 33
6.4 模糊PID的SIMULINK建模 33
7 磁悬浮系统的仿真与实时控制 35
7.1磁悬浮系统的仿真 35
7.2磁悬浮系统的实时控制 36
参考文献 39
致谢 40
附页 41
1 绪论
1.1 课题的目的和意义
20 世纪初，科学家们第一次实现了物体在空间中的悬浮。从20世纪到21世纪，大量的科学家投入到磁悬浮理论的研究之中。可以说，磁悬浮悬浮的实现经历了漫长的探索过程。因为磁悬浮系统的复杂性，使其研究具有一定难度。磁悬浮系统技术的发展伴随着其他学科和新技术的发展，因而一个国家磁悬浮技术的成熟也象征着它的科研实力。20世纪 80年代，科学家们发现了超导现象。而超导现象首先被应用在了磁悬浮方面。21世纪，伴随着各个学科理论及新型电磁材料的发展，转子动力学的进一步的研究和超导技术的成熟，磁悬浮得到了进一步的发展。
磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，可以延长设备的使用寿命，极大的改善设备的运行条件，因此在工业、交通、生活等各个方面有着良好的应用前景。磁悬浮系统本质上都具有本质非线性、不确定性、开环不稳定性的特性。磁悬浮的这些特性增加了其控制的难度，正是因为目前研究过程中的难度，使本课题的研究更有价值和意义。因为磁悬浮系统的非线性和滞后性，使得系统的稳定性不好，易受干扰。因此，必须设计高效的控制器，保证磁悬浮系统稳定性。
磁悬浮控制系统由于非线性和滞后性的特点[8]，难以为系统建立精确的数学模型，所以使用传统的PID控制难以得到预期的控制效果，但是PID控制的积分功能可以消除静差,使稳态性能变好[13]。根据模糊控制的相关知识，它在控制过程中是存在稳态误差的。另一方面，模糊控制有类似比例微分的功能，可以使磁悬浮控制系统的动态性能变好。所以本课题设计的控制器，既不同于传统的PID控制器，也不是模糊控制器，而是二者的结合，为模糊PID控制器。它能够根据系统的偏差的大小、方向、以及变化趋势等特征，依据模糊规则库，做出模糊推理，在线调整PID的三个参数，以获得更好的控制效果。