磁悬浮的模糊控制系统设计+数学建模+仿真(3)
从20世纪60年代开始，磁悬浮技术吸引着国内外众多学者对其进行研究开发并将此技术成功的应用在交通、冶金、机械、电器、材料等领域。
在国内，磁悬浮技术的研究起始于80年代初，2001年上海磁悬浮列车示范运营线工程启动，建成了世界上第一条商业化运营的磁悬浮列车工程。我们已掌握了磁悬浮列车的技术，但由于进行高速磁悬浮列车技术的研究耗资巨大，所以在目前情况下我们还不能采取国外以实验为主的研究方法，而主要从理论上进行研究，在此基础上进行模拟试验，为我国磁悬浮技术提供理论依据[8]。
本设计要求对磁悬浮系统建立数学模型、进行模糊控制的算法设计，利用MATLAB软件对所设计的数字控制系统仿真，使钢球停留在预定的位置，并不掉下，从而实现磁悬浮的模糊控制，此课题有理论和实际意义。
1.3 磁悬浮系统概述
磁悬浮控制系统是研究磁悬浮技术的平台，它是一个非线性快速系统，从控制上讲加强对磁悬浮系统研究有很大的理论价值。磁悬浮系统的非线性、不确定性等特点使系统的性能(刚度、阻尼及稳定性等)的好坏取决于所采用控制器的控制规律[1]。因此控制器的设计是磁悬浮控制系统研究的核心，控制器的设计是磁悬浮系统最为活跃的研究领域之一。控制器的设计一般采用在平衡点附近对系统进行线性化处理后，再根据线性系统的方法进行设计，这样设计的控制器使系统处于平衡点附近时能取得很好的控制效果，但当系统远离平衡点时系统控制效果就难以保障。针对磁悬浮系统的非线性特性，可以直接采用非线性的控制方法。常用的控制方法如PID控制器，对于某一设定值时调整好控制参数可以得到比较好的控制效果，但是当设定值发生改变或在系统干扰的情况下，仍然采用一组固定的控制参数往往得不到较好的控制效果；最优控制器采用被控对象的输出和控制输入的加权二次型作为性能指标，以使控制对象的动态响应和控制经济性都得到保证，但是最优控制器对受控对象模型的精度要求较高，而且当系统部特性和外部扰动变化很大时，系统的性能指标就会下降，甚至会造成系统失控，磁悬浮系统由于具有不确定性，使得系统难以建立精确的模型，而且受外界干扰的影响大，所以最优控制难以获得好的控制效果；智能控制方法球引如神经网络控制可以根据输出响应来学习系统特性，并根据需要对控制参数进行在线调节，所以能克服磁悬浮系统的非线性特性带来的影响，不过智能控制方法实施起来比较复杂。模糊控制是把模糊数学理论应用于自动控制领域而产生的控制方法，是以模糊集合理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。作为一种新的控制方法，其数学基础、理论基础、实现方法都和传统的控制方法有很大的区别。进入20世纪90年代模糊数学的一个显著特点是从理论走向了应用。模糊控制属于一种特殊的语言控制，反映了人们在对被控对象进行调节时，不断将观察到的过程输出精确量转化为模糊量，经过人脑的思文与逻辑推理进行模糊判决后，再将判决得到的模糊量转化为精确量，去实现模拟人工进行手动控制时的整个过程[9]。从线性控制和非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制，从控制器的智能性看，模糊控制属于智能控制的范畴，而且它已成为目前实现智能控制的一种重要而有效的形式。在众多智能控制方法中，模糊控制。则不依赖于控制对象的精确模型，仅依靠少量的控制规则，就可以给出短期的控制信号，具有较强的鲁棒性，非常适用于数学模型未知的、复杂的非线性系统的控制[8]。