【摘 要】
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磁悬浮技术是集机械电子、电磁学、线性系统理论、自动控制和信号处理等众多学科为一体的高新技术。悬浮控制作为磁悬浮技术的核心引起了人们的关注。由于磁悬浮系统本身的高度非线性、随机不确定性和时滞性等众多因素存在,传统的一些控制算法往往难以获取满意的动态性能。本文以磁悬浮球系统为研究对象,通过用新颖的控制算法实现磁悬浮球的稳定悬浮控制,并使其具有良好的动态性能。本文的主要研究内容如下:（1）首先介绍磁悬浮
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磁悬浮技术是集机械电子、电磁学、线性系统理论、自动控制和信号处理等众多学科为一体的高新技术。悬浮控制作为磁悬浮技术的核心引起了人们的关注。由于磁悬浮系统本身的高度非线性、随机不确定性和时滞性等众多因素存在,传统的一些控制算法往往难以获取满意的动态性能。本文以磁悬浮球系统为研究对象,通过用新颖的控制算法实现磁悬浮球的稳定悬浮控制,并使其具有良好的动态性能。本文的主要研究内容如下:（1）首先介绍磁悬浮球的特性、构成及工作原理,其次建立起磁悬浮球的非线性模型,最后对该数学模型进行了能控性和能观性分析。其中对磁悬浮球数学模型的非线性化处理则是从以下两个方面进行的,一种是通过泰勒公式在平衡点处展开进行线性化处理,另一种则是通过非线性数学映射实现线性化,因此可得到磁悬浮球的两种不同数学模型。采用IAE、ITAE和RMSE等三种不同的误差性能指标进行评判,以此解决由于参数选择不理想而导致磁悬浮球系统动态性能较差的问题。（2）建立起磁悬浮球系统的数学模型后,为提高磁悬浮球在受到外部扰动后的抗干扰能力和鲁棒性,通过采用LADRC算法进行磁悬浮球的悬浮控制。针对LADRC算法中存在控制器带宽和观测器带宽参数整定困难的问题,提出了一种基于A-LADRC算法来实现参数的自适应实时优化整定,并且为验证参数调优策略的有效性,通过分析比较在不同情况下,SMC、LADRC和A-LADRC它们各自的抗干扰能力和跟随效果。（3）提出了一种不依赖于精确数学模型的自适应径向基函数（A-RBF）悬浮控制算法。通过将RBFNN与自适应控制相结合来解决在磁悬浮球系统具有较大的不确定性时,使磁悬浮球系统获得良好的动态性能。同时运用Lyapunov验证设计和推导相应的控制律和自适应律来确保该算法的收敛性,最后分析SMC和A-RBF算法在不同情况下的效果,并进行了相应地仿真和实验验证。（4）最后通过搭建的磁悬浮球系统实验平台,分别用于验证A-LADRC和A-RBF两种算法在阶跃、正弦、方波下的情况。实验结果表明:A-LADRC算法下的悬浮高度误差在0.42mm之内,相反由于A-RBF算法未忽略高阶项,其悬浮高度误差范围仅在0.2mm之内,最后为验证A-RBF算法和A-LADRC算法的跟随效果,依次进行正弦和方波跟随性实验,结果表明A-RBF算法能够使磁悬浮球系统获得更优的动态性能。
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